Интерфейс мозг-машина состоит из электрода на основе стента (стентрода), который имплантируется в кровеносный сосуд головного мозга и регистрирует тип нейронной активности, которая была продемонстрирована в доклинических испытаниях для перемещения конечностей через экзоскелет или для перемещения конечностей через экзоскелет. контролировать бионические конечности.
Новое устройство размером с небольшую скрепку будет имплантировано в ходе первого испытания на людях в Королевской больнице Мельбурна в 2017 году. Участники будут выбраны из Викторианского отделения спинного мозга Austin Health.
Результаты, опубликованные сегодня в Nature Biotechnology, показывают, что устройство способно записывать высококачественные сигналы, исходящие от моторной коры головного мозга, без необходимости открытой операции на головном мозге.
Главный автор и невролог Королевской больницы Мельбурна и научный сотрудник Института неврологии Флори и Мельбурнского университета доктор Томас Оксли сказал, что стентрод был революционным.
Доктор Оксли в настоящее время находится в больнице горы Синай в Нью-Йорке.
"Разработка стентрода объединила лидеров медицинских исследований из Королевской больницы Мельбурна, Мельбурнского университета и Института неврологии и психического здоровья Флори. Всего в его разработке были задействованы 39 академических ученых из 16 кафедр," Доктор Оксли сказал.
"Мы смогли создать единственное в мире минимально инвазивное устройство, которое имплантируется в кровеносный сосуд головного мозга с помощью простой дневной процедуры, избегая необходимости в открытой операции на головном мозге с высоким риском.
"Наше видение с помощью этого устройства состоит в том, чтобы вернуть пациентам с полным параличом функции и подвижность путем регистрации активности мозга и преобразования полученных сигналов в электрические команды, что, в свою очередь, приведет к движению конечностей через вспомогательное устройство мобильности, такое как экзоскелет. По сути, это бионический спинной мозг."
Инсульт и травмы спинного мозга являются основными причинами инвалидности, им страдает 1 из 50 человек. 20 000 австралийцев с травмами спинного мозга, типичным пациентом является 19-летний мужчина, и около 150 000 австралийцев остались инвалидами после инсульта.
Соруководитель исследования и биомедицинский инженер в Мельбурнском университете доктор Николас Опи сказал, что эта концепция похожа на имплантируемый кардиостимулятор – электрическое взаимодействие с тканью с помощью датчиков, вставленных в вену, но внутри мозга.
"Благодаря использованию стент-технологии наш электродный массив саморасширяется, чтобы прилипать к внутренней стенке вены, что позволяет нам регистрировать локальную активность мозга. Извлекая записанные нейронные сигналы, мы можем использовать их в качестве команд для управления инвалидными колясками, экзоскелетами, протезами конечностей или компьютерами," Доктор Опи сказал.
"В нашем первом испытании на людях, которое, как мы ожидаем, начнется в течение двух лет, мы надеемся добиться прямого управления мозгом экзоскелета для трех человек с параличом."
"В настоящее время экзоскелеты управляются вручную с помощью джойстика для переключения между различными элементами ходьбы – стоять, старт, стоп, поворот. Стентрод станет первым устройством, которое позволит управлять этими устройствами напрямую"
Нейрофизиолог Флори, профессор Клайв Мэй, сказал, что данные доклинического исследования показали, что имплантация устройства безопасна для длительного использования.
"Благодаря нашему доклиническому исследованию мы смогли успешно регистрировать активность мозга в течение многих месяцев. Качество записи улучшилось по мере того, как устройство было встроено в ткань," Профессор Мэй сказал.
"Наше исследование также показало, что имплантация устройства с помощью ангиографии была безопасной и эффективной, что является минимально инвазивным методом по сравнению с высокими рисками, связанными с открытой операцией на головном мозге.
"Интерфейс мозг-компьютер – это революционное устройство, способное преодолеть паралич, возвращая подвижность и независимость пациентам, страдающим различными заболеваниями."
Профессор Терри О’Брайен, заведующий кафедрой медицины и неврологии Королевской больницы Мельбурна и Мельбурнского университета, сказал, что разработка стентрода была "Святой Грааль" для исследований в бионике.
"Возможность создать устройство, которое может регистрировать активность мозговых волн в течение длительных периодов времени, не повреждая мозг, – удивительное достижение в современной медицине," Профессор О’Брайен сказал.
"Он также может быть потенциально использован у людей с рядом заболеваний, помимо травмы спинного мозга, включая эпилепсию, болезнь Паркинсона и другие неврологические расстройства."