Nathan Copeland, en 28-årig man som inte kunde känna eller flytta sina underarmar och ben efter en bilolycka, har återupplevt känslan av beröring genom en robotarm som han kontrollerar med sin hjärna.
Copelands kirurgi, som involverade att implantera fyra små mikroelektroder, arrays vardera hälften av storleken på en skjorta knapp i sin hjärna, är en medicinsk första.
Implantaten ansluter till Brain Computer Interface (BCI), utvecklad av forskare vid University of Pittsburgh. Teamet beskriver resultaten i Vetenskap translationell medicin.
"Det viktigaste resultatet i denna studie är att mikrostimulering av sensorisk cortex kan framkalla naturlig känsla istället för stickningar", säger studieförfattare Andrew B. Schwartz, professor i neurobiologi och ordförande i systemneurovetenskap. ”Denna stimulering är säker och de framkallade känslorna är stabila över månader.
{youtube}L1bO-29FhMU{/youtube}
"Det finns fortfarande mycket forskning som behöver utföras för att bättre förstå de stimulansmönster som behövs för att hjälpa patienter att göra bättre rörelser."
Detta är inte lagets första försök på BCI. För fyra år sedan, studerade medförfattare Jennifer Collinger, biträdande professor i fysisk medicin och rehabilitering, och forskare för VA Pittsburgh Healthcare System och teamet visade ett BCI som hjälpte Jan Scheuermann, som har quadriplegi orsakad av en degenerativ sjukdom. Videon av Scheuermann matar sig själv choklad Att använda den själsstyrda robotarmen sågs runt om i världen. Innan det, Tim Hemmes, förlamad i en motorcykelolycka, nådde ut för att röra händerna med sin flickvän.
Men hur våra armar naturligt rör sig och interagerar med miljön runt oss beror på mer än att bara tänka och flytta rätt muskler. Vi kan skilja mellan en bit tårta och en läskburk genom att peka, plocka upp kakan mer försiktigt än burken. Den ständiga återkopplingen vi får från känslan av beröring är av yttersta vikt eftersom det berättar hjärnan var att flytta och hur mycket.
För studieledare Robert Gaunt, biträdande professor i fysisk medicin och rehabilitering, var det nästa steg för BCI.
När Gaunt och kollegor letade efter rätt kandidat utvecklade och raffinerade de deras system så att ingångar från robotarmen överförs via ett mikroelektroderarrangemang implanterat i hjärnan där neuronerna som styr handrörelsen och beröringen befinner sig. Mikroelektrodsystemet och dess styrsystem, som utvecklades av Blackrock Microsystems, tillsammans med robotarmen, som byggdes av Johns Hopkins University's Applied Physics Lab, bildade alla delar av pusslet.
Copelands historia
På vintern av 2004 körde Copeland, som var 18 vid den tiden, på kvällen i regnigt väder när han var i en bilolycka som knäppte nacken och skadade ryggmärgen och lämnade honom med quadriplegia från övre bröstet ner.
Efter olyckan hade han anmält sig till ett register över patienter som var villiga att delta i kliniska prövningar. Nästan ett decennium senare frågade forskargruppen om han var intresserad av att delta i experimentstudien.
Efter att han hade passerat screeningtesterna, kördes Copeland in i operationsrummet förra våren. Bildtekniker användes för att identifiera exakta regioner i Copelands hjärna som motsvarar känslor i var och en av fingrarna och hans handflata.
"Jag kan känna nästan varje finger - det är en väldigt konstig känsla," sa Copeland ungefär en månad efter operationen. "Ibland känns det elektriskt och ibland sitt tryck, men för det mesta kan jag berätta för de flesta fingrarna med bestämd precision. Det känns som att mina fingrar blir rörda eller knuffade. "
Vid den här tiden kan Copeland känna tryck och skilja sin intensitet till viss del, fast han inte kan identifiera om ett ämne är varmt eller kallt, förklarar studiemedforskare och neurokirurg Elizabeth Tyler-Kabara.
Gaunt säger allt om arbetet är tänkt att utnyttja hjärnans naturliga, befintliga förmåga att ge människor tillbaka vad som försvann men inte glömt.
"Det ultimata målet är att skapa ett system som rör sig och känns precis som en naturlig arm skulle", säger Gaunt. "Vi har en lång väg att gå för att komma dit, men det här är en bra start."
Försvarsprogrammet för försvarsforskningsprojektets byrås revolutionerande protesprogram tillhandahöll större delen av finansieringen.
Källa: University of Pittsburgh
Relaterade böcker:
at InnerSelf Market och Amazon
