과학자들은 한 쌍의 히말코 원숭이에서 척수 손상을 우회하기 위해 무선 "뇌 - 척수 경계면"을 사용하여 일시적으로 마비 된 다리로의 의도적 인 보행 운동을 복원했습니다.

연구자들은 이것이 신경 보철이 비인간 영장류의 다리에 직접 보행 운동을 복원하는 데 사용 된 것은 이번이 처음이라고 말합니다.

"우리가 개발 한 시스템은 운동 능력을 담당하는 등뼈의 신경 전기 자극을 자극하기 위해 뇌의 모터 피질에서 기록 된 신호를 사용합니다."라고 Brown University의 공학 부교수이자 공동 저자 인 연구의. "시스템이 켜지면 우리 연구의 동물들은 거의 정상적인 이동을했습니다."

이 연구는 척수 손상 환자를위한 유사한 시스템을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

통신 재개

"척수 손상 후 뇌 조절 척추 자극 시스템이 재활을 향상시킬 수 있다는 증거가 있습니다."라고 Borton은 말합니다. "이것은 그 가능성을 더 테스트하는 단계입니다."

이번 협업을 주도한 Ecole Polytechnique Federale Lausanne (EPFL)의 교수 인 Grégoire Courtine은 인터페이스에서 척추 부분을 테스트하기 위해 스위스에서 임상 시험을 시작했다. 그는 "앞으로 많은 과제가 있으며,이 개입의 모든 구성 요소가 사람들에게 테스트되기까지 수 년이 걸릴 수도있다"고 경고했다.

뇌와 척수에있는 뉴런 간의 복잡한 상호 작용으로 인해 걷기가 가능합니다. 뇌의 운동 피질에서 발생하는 전기 신호는 하부 척수의 요추 영역으로 이동하여 다리를 확장하고 구부리는 역할을하는 근육의 움직임을 조정하는 운동 뉴런을 활성화합니다.

상부 척추 손상은 뇌와 하부 척수 간의 의사 소통을 차단할 수 있습니다. 운동 피질과 척수 신경 모두는 완벽하게 기능 할 수 있지만 활동을 조정할 수는 없습니다. 이 연구의 목표는 그러한 의사 소통의 일부를 재구성하는 것이 었습니다.

뇌 - 척수 계면은 모터 피질의 신호를 기록하기 위해 뇌에 이식 된 알약 크기의 전극 배열을 사용합니다. 센서 기술은 브라운, 케이스 웨스턴 리저브 대학, 매사추세츠 종합 병원, 프로비던스 VA 메디컬 센터, 스탠포드 대학을 포함하는 연구 팀인 BrainGate와의 공동 연구에 의해 인간의 연구용으로 부분적으로 개발되었습니다.

이 기술은 진행중인 시험 임상 시험에 사용되고 있으며 이전에 공부 Brown neuroengineer 인 Leigh Hochberg가 주도하여 사지 마비를 가진 사람들은 자신의 손의 움직임에 대해서 간단히 생각함으로써 로봇 팔을 조작 할 수있었습니다.

Borton을 포함하는 팀에 의해 브라운 교수 Arto Nurmikko의 신경 공학 연구소에서 개발 된 무선 신경 센서는 뇌 칩에 의해 수집 된 신호를 무선으로 컴퓨터로 전송하여이를 컴퓨터로 보내고 척추에 이식 된 전기 척추 자극기로 다시 무선으로 전송합니다 척추, 부상 부위 아래. 디코딩 된 뇌에 의해 조율 된 패턴으로 전달되는 전기 자극은 운동을 제어하는 ​​척수 신경에 신호를 보냅니다.

연구진은 뇌 신호의 해독을 교정하기 위해 건강한 원숭이에 뇌 센서와 무선 송신기를 이식했다. 센서에 의해 중계 된 신호는 동물의 다리 움직임에 매핑 될 수 있습니다. 그들은 디코더가 다리 근육의 확장과 굴곡과 관련된 뇌 상태를 정확하게 예측할 수 있음을 보여주었습니다.

무선은 결정적이다.

Borton은 뇌 신호를 무선으로 전송하는 능력이이 연구에 중요하다고 강조했다. 유선 두뇌 감지 시스템은 운동의 자유를 제한하며 연구원이 이동에 대해 수집 할 수있는 정보를 제한합니다.

"이 작업을 무선으로 수행하면 정상적인 상황과 자연스러운 행동에서 신경 활동을 매핑 할 수 있습니다."라고 Borton은 말합니다. "일상 생활에서 인간 환자를 돕기 위해 언젠가는 배포 할 수있는 신경 자극제를 진정으로 목표로 삼는다면 그러한 무한한 레코딩 기술이 중요 할 것입니다."

현재 작업에 대해서는 자연연구진은 뇌 신호가 운동에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 이해를 결합시켰다. EPFL의 Courtine의 연구실에서 개발 한 척추 맵은 척추에서 운동 제어에 책임이있는 척추에서 신경 자극을 확인했다. 이를 통해 팀은 척추 임플란트에 자극을 받아야하는 신경 회로를 식별 할 수있었습니다.

이 조각들을 제자리에 놓은 후, 연구자들은 흉추의 척수에서 척수의 절반을 뻗은 병변이있는 두 마리의 원숭이를 대상으로 전체 시스템을 테스트했습니다. 이런 유형의 손상을 입은 원숭이는 일반적으로 1 개월 정도 걸려 다리의 기능 조절을 회복한다. 팀은 부상당한 지 몇 주가 지나야 영향을받는 다리에 대한 의지를 통제하지 못했습니다.

연구 결과에 따르면 시스템이 켜지면 동물은 러닝 머신 위에서 걷는 동안 자연스럽게 다리를 움직이기 시작했습니다. 건강한 대조군과 키네마 틱 비교는 병변이있는 원숭이가 뇌 제어 자극의 도움을 받아 거의 정상적인 운동 패턴을 생성 할 수 있음을 보여주었습니다.

이 시스템이 사람이 아닌 영장류에서 작동한다는 것을 입증하는 것은 중요한 단계이며, 연구자들은 인간에서 시스템을 테스트하기 위해서는 훨씬 더 많은 연구가 이루어져야한다고 강조했다. 그들은 또한 연구에서 몇 가지 한계점을 지적했다.

예를 들어이 연구에서 사용 된 시스템이 뇌에서 척추로 신호를 성공적으로 전달했지만 감각 정보를 뇌로 반환 할 수있는 능력이 부족합니다. 팀은 또한 동물이 감염된 다리에 얼마나 많은 압력을 가할 수 있는지 테스트 할 수 없었습니다. 팔다리가 약간의 무게를 지녔다는 것이 명백한 동안,이 연구에서 얼마나 많은 영향을 받았는지는 분명하지 않았습니다.

"완전한 번역 연구에서 우리는 보행 중에 동물이 얼마나 균형을 이룬가에 대해 더 많은 정량화를 실시하고 그들이 적용 할 수있는 힘을 측정하고자합니다"라고 Borton은 말합니다.

한계에도 불구하고,이 연구는 영장류에서의 미래 연구를위한 단계를 설정하고, 잠재적으로 인간의 재활 원조로서의 가능성을 제시합니다.

"신경 과학에 대한 격언이 있습니다. 서로 연결되는 회로가 서로 연결됩니다."라고 Borton은 말합니다. "뇌와 척수를 연결함으로써 우리는 재활 기간 동안 회로의 성장을 향상시킬 수 있습니다. 이는이 연구의 주요 목표 중 하나이며 일반적으로이 분야의 목표입니다. "

기금은 유럽 공동체의 일곱 번째 프레임 워크 프로그램, 하반신 마비 연구를위한 국제 재단, 유럽 연구위원회, 제네바의 Wyss 센터 Marie Curie Fellowship, Marie Curie COFUND EPFL 펠로우 십, Medtronic Morton Cure Paralysis Fund 펠로우 십, NanoTera.ch에서 제공되었습니다. Programme, National Center of Competence in Research in Robotics Sinergia program, Sino-Swiss Science and Technology Cooperation, and the Swiss National Science Foundation.

출처: 브라운 대학 (Brown University)

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