Apen met ruggenmergletsel die tot verlamming van een ledemaat hebben geleid, hebben hun vermogen om te lopen herwonnen dankzij een nieuw draadloos neuro-implantaat dat de communicatie tussen de hersenen en het ruggenmerg herstelt, zeiden wetenschappers woensdag 9 november.
Deze prestatie markeert een nieuwe stap voorwaarts in het snel evoluerende gebied van de behandeling van ruggenmergletsel met de nieuwste technologie.
In de afgelopen jaren hebben wetenschappers technologieën ontwikkeld om mensen en apen te helpen een robotarm te manipuleren met letterlijke denkkracht, het vermogen van een verlamde man te herstellen om één hand te gebruiken door een microchip die in zijn hersenen is geïmplanteerd, en elektrische zenuwstimulatie te gebruiken om verlamde ratten te laten lopen.
Het nieuwe systeem onderscheidt zich van al deze vorderingen omdat het u in staat stelt zich op uw onderlichaam te concentreren en apen - waarschijnlijk in de nabije toekomst mensen - de mogelijkheid geeft om een draadloos systeem te gebruiken en niet aan een computer te worden vastgemaakt. De ontwikkelaars van dit systeem gebruikten vooruitgang in het in kaart brengen van neurale activiteit en neurale stimulatie. Er is een computer nodig om hersensignalen te decoderen en naar het ruggenmerg te sturen, maar computertechnologie heeft het mogelijk gemaakt om een draagbaar apparaat te maken.
Grégoire Courtine, specialist in het herstellen van ruggenmergletsel bij het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Lausanne, zegt dat hij hoopt dat het systeem dat hij en zijn collega's hebben ontwikkeld binnen 10 jaar kan worden gebruikt om mensen te behandelen door te helpen ze doorlopen het proces van revalidatie en "verbeteren de kwaliteit van leven".
Zoals hij echter benadrukte, hebben wetenschappers zichzelf tot taak gesteld het revalidatieproces te verbeteren en niet een fantastische remedie voor verlamming uit te vinden. "Mensen zullen in de nabije toekomst niet meer over straat kunnen lopen met een hersen-ruggengraat interface", voegde hij eraan toe.
Andrew Jackson van de Universiteit van Newcastle, die verlamming van het bovenlichaam bestudeerde en niet betrokken was bij deze studie, gelooft dat het "een andere belangrijke mijlpaal" is in de zoektocht naar behandelingen voor verlamming. Dr. Jackson schreef commentaar op deze studie in het tijdschrift Nature, dat de resultaten publiceerde van een experiment van Dr. Curtin, Marco Capogrosso, Tomislav Milekovic en anderen.
Een van de redenen dat dit systeem niet als een wondermiddel voor verlamming mag worden beschouwd, is dat het implantaat alleen die impulsen kan doorgeven waardoor het ledemaat op het juiste moment kan worden gestrekt en gebogen, zodat het dier op vier poten kan lopen, maar meer complexe bewegingen, zoals van richting veranderen of obstakels vermijden. Bij de mens ligt het nog ingewikkelder, omdat men bijvoorbeeld in tegenstelling tot viervoeters ook tijdens het lopen het evenwicht moet bewaren.
Promotie video:
Volgens Dr. Curtin deden ze het onderzoek in samenwerking met Chinese experts omdat de beperkingen op dierproeven in Zwitserland hen ervan zouden hebben weerhouden het werk af te maken. Nu hun experiment succesvol was, kreeg hij toestemming om in Zwitserland te blijven werken.
Dr. Curtin schreef over de ethische kant van dergelijke experimenten met primaten en benadrukte dat het hem 10 jaar kostte om te experimenteren met knaagdieren om zich voor te bereiden op het werken met apen. Een van de redenen waarom wetenschappers met slechts één verlamde ledemaat hebben gewerkt, is dat tetrapoden relatief normaal kunnen leven zonder één been te gebruiken, terwijl ze de controle behouden over de functies van de blaas en darmen, terwijl een volledige ruptuur van het ruggenmerg kan hebben een verwoestend effect op het dier.
Bovendien, zoals Dr. Curtin toevoegde, kan het werk aan dit project, dat belooft mensen met dwarslaesie in de toekomst te helpen, niet doorgaan met menselijke betrokkenheid totdat er met andere primaten is geëxperimenteerd. Het aflezen van signalen uit de hersenen en het stimuleren van het ruggenmerg gebeurt met apparaten die al door mensen voor andere doeleinden worden gebruikt. Signaal-decoderingssoftware is echter nog niet op mensen getest.
David Borton van Brown University, een van de hoofdauteurs van het nieuwe rapport, ontwikkelde de draadloze sensor samen met zijn collega's tijdens het schrijven van zijn proefschrift, zelfs voordat hij met Dr. Curtin samenwerkte. Uitgerust met micro-elektroden, registreert en verzendt deze sensor impulsen naar het deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor de beweging van ledematen. Een van de redenen waarom het systeem kan helpen bij revalidatie, is omdat het de resterende neurale verbindingen tussen delen van het ruggenmerg en een gewonde ledemaat versterkt, zei hij.
Het apparaat voor het opnemen van hersensignalen is aangevuld met een apparaat voor elektrische stimulatie, geplaatst buiten het ruggenmerg, dat signalen naar het reflexsysteem stuurt. Het loopproces wordt slechts gedeeltelijk gecontroleerd door de hersenen. Het ruggenmerg heeft zijn eigen systeem dat informatie van de ledematen kan ontvangen en erop kan reageren. Meestal denken mensen niet na over hoe ze lopen, en het loopproces wordt niet alleen op een onbewust niveau door de hersenen gestuurd. Het grootste deel van de belasting valt op het ruggenmerg en het reflexsysteem.
Dr. Curtin heeft eerder elektrische stimulatie gebruikt om ratten met ruggenmergletsel te trainen om te lopen.
Bij dat werk van hem waren de hersenen echter niet betrokken, en een van de belangrijkste componenten van deze experimenten was het tijdsbestek. "Als de hersenen een signaal sturen om een ledemaat te laten bewegen, duurt het slechts een paar milliseconden voordat deze verbinding tot stand is gebracht", legt dr. Borton uit.
