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Gedankenkontrolle-Roboterarm

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Gelähmt vom Hals unten nachdem er eine Schusswaffenwunde erlitten hat, als er 21 war, kann Erik G. Sorto einen Roboterarm jetzt bewegen, gerade indem er an ihn denkt und seine Fantasie verwendet.

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Durch eine klinische Zusammenarbeit zwischen Caltech, Keck-Medizin von USC und Freund-nationalem Rehabilitationszentrum Rancho Los, ist das jetzt 34-jährige Sorto die erste Person in der Welt, ein neurales prothetisches Gerät zu haben, das in einer Region des Gehirns eingepflanzt wird, in dem Absichten gemacht werden und gibt ihm die Fähigkeit, eine flüssige Händeschüttelngeste durchzuführen, trinkt ein Getränk und spielt sogar „Rock, Papier, Scheren,“ unter Verwendung eines Roboterarmes.

Die neuralen prothetischen Geräte, die in der Bewegungsmitte des Gehirns, die Bewegungsrinde eingepflanzt werden, können Patienten mit Paralyse erlauben, die Bewegung eines Robotergliedes zu steuern. Jedoch gegenwärtige neuroprosthetics Erzeugnisbewegung, die verzögert und die glatten und scheinbar automatischen Gesten stoßartig-nicht ist, die mit natürlicher Bewegung verbunden sind. Jetzt indem sie neuroprosthetics in einem Teil des Gehirns einpflanzten, das nicht die Bewegung direkt aber eher unsere Absicht steuert, um sich zu bewegen, haben Caltech-Forscher eine Weise entwickelt, die natürlicheren und flüssigeren Bewegungen zu produzieren.

Entwarf, die Sicherheit zu prüfen und Wirksamkeit dieses neuen Konzeptes, die klinische Studie wurde vom Projektleiter Richard Andersen, James G. Boswell Professor von Neurologie bei Caltech, Neurochirurg Charles Y. Liu, Professor der neurologischen Chirurgie, der Neurologie und der biomedizinischen Technik an USC und des Neurologen Mindy Aisen, leitender Oberarzt an Freunden Rancho Los geführt.

Andersen und seine Kollegen wollten die Vielseitigkeit der Bewegung verbessern, die ein neuroprosthetic Dosenangebot zu den Patienten durch das Notieren von Signalen von einer anderen Gehirnregion anders als die Bewegungsrinde d.h. die hintere parietale Rinde (PPC), ein hochrangiger kognitiver Bereich. In den früheren Untersuchungen an Tieren fand das Andersen-Labor, dass es hier, im PPC ist, dass die Anfangsabsicht, zum einer Bewegung zu machen gebildet wird. Diese Absichten werden dann der Bewegungsrinde, durch das Rückenmark und an den Armen und den Beinen übermittelt, in denen die Bewegung durchgeführt wird.

„Der PPC ist früher in der Bahn, also hängen Signale dort mehr mit Bewegungsplanung zusammen--was Sie wirklich beabsichtigen, zu tun--eher als die Details der Bewegungsdurchführung,“ Andersen sagt. „Wenn Sie Ihren Arm bewegen, denken Sie wirklich nicht an, welche zu aktivieren Muskeln und die Details der Bewegung--wie Aufzug verlängern der Arm, den Arm, greifen die Schale, nah die Hand um die Schale, und so weiter. Stattdessen denken Sie an das Ziel der Bewegung, zum Beispiel ‚möchte ich dieses Tasse Wasser aufheben. ‚So in diesem Versuch, waren wir erfolgreich in der Lage, diese tatsächlichen Absichten zu decodieren, indem wir das Thema baten, die Bewegung als Ganzes einfach sich vorzustellen, eher als, sie unten in eine Myriade von Komponenten brechend. Wir erwarteten, dass die Signale vom PPC einfacher sein würden, damit Patienten verwenden und schließlich machen den Bewegungsprozeß flüssiger.“

Das Gerät wurde chirurgisch in Sortos Gehirn an Keck-Krankenhaus von USC im April 2013 eingepflanzt, und er seit dem ist Training mit Caltech-Forschern und -personal an Freunden Rancho Los gewesen, zum eines Computer-Cursors und des Roboterarmes mit seinem Verstand zu steuern. Die Forscher sahen, gerade was sie für hofften: intuitive Bewegung des Roboterarmes.

Sorto, ein einzelner Vater von zwei, wer für über 10 Jahre gelähmt worden ist, wurde mit den schnellen Ergebnissen begeistert: „Ich war überrascht an, wie einfach es [den Roboterarm steuern] war,“ sagt er. „Ich erinnere, mich diese außerhalb des Körpers Erfahrung gerade zu haben, und ich wollte gerade stranden und hoch--fünf jeder.“

Die Chirurgie

Das Operationsteam an Keck-Medizin von USC führte das beispiellose neuroprosthetic Implantat in einer fünfstündigen Chirurgie am 17. April 2013 durch. Liu und sein Team pflanzten ein Paar kleine Elektrodenreihen in zwei Teilen der hinteren parietalen Rinde, der, die Kontrollen erreichen und der ander ein, die Reichweite steuert. Je enthält Reihe des Millimeters 4 by-4 96 aktive Elektroden, die der Reihe nach jede Aufzeichnung die Tätigkeit von einzelnen Neuronen im PPC. Die Reihen werden durch ein Kabel an ein System von Computern, die die Signale verarbeiten angeschlossen, um die Absicht- und Steuerausgabegeräte des Gehirns, wie ein Computer-Cursor und ein Roboterarm zu decodieren.

„Diese Reihen sind sehr klein, also muss ihre Platzierung außergewöhnlich genau sein, und sie nahm eine enorme Menge von Planung, arbeitend mit dem Caltech-Team, um sich erhielten wir zu vergewissern ihm Recht,“ sagt Liu, das auch Direktor des Mitte- und Mitarbeiterleitenden oberarztes USC Neurorestoration an Freunden Rancho Los ist. „Weil er war, das erste mal jedermann dieses Teil des menschlichen Gehirns eingepflanzt hatte, war alles über die Chirurgie unterschiedlich: der Standort, die Positionierung und wie man Sie die Hardware handhabt. Beachten Sie dass, was wir in der Lage sind, zu tun--die Fähigkeit, die Signale des Gehirns zu notieren und sie zu decodieren, um den Roboterarm schließlich zu bewegen--ist von der Funktionalität dieser Reihen kritisch abhängig, die wird bestimmt in großem Maße zu der Zeit der Chirurgie.“

Der der Hauptauftrag Mitte USC Neurorestoration ist, Partnerschaften wirksam einzusetzen, um einmalige Gelegenheiten zu schaffen, wissenschaftliche Entdeckungen in effektive Therapien zu übersetzen.

„Wir sind an einem Punkt in der menschlichen Forschung, in der wir enorme Schritte machen, wenn wir viel neurologische Krankheit überwinden,“ sagen Neurologen Christianne Heck, außerordentlicher Professor von Neurologie an USC und Co-Direktor der Mitte USC Neurorestoration. „Diese sehr wichtigen frühen klinischen Studien konnten Hoffnung für Patienten mit allerlei neurologischen Problemen versehen, die miteinbeziehen Paralyse wie Anschlag, Gehirnverletzung, ALS und sogar multiple Sklerose.“

Die Rehabilitation

Sechzehn Tage nach seiner Implantatschirurgie, fing Sorto seine Schulungseinheiten in Freund-nationalem Rehabilitationszentrum Rancho Los, in dem ein Computer direkt zu den Häfen befestigt wurde, die von seinem Schädel verlängern an, um sein Gehirn verbunden zu sein. Das Rehabilitationsteam von Beschäftigungstherapeuten, die bei helfenden Patienten sich spezialisieren, Funktionsverlust in ihren oberen Gliedern sich anzupassen und „die Neukonstruktion“ die Weisenpatienten tun Aufgaben mit der Funktion, die sie gelassen haben, mit Sorto und dem Caltech-Team täglich arbeiteten, um Sorto zu helfen, sichtbar zu machen, was es gleich sein würde, seinen Arm wieder zu bewegen.

„Es war eine große Überraschung, dass der Patient in der Lage war, das Glied auf Tag-one¬¬¬ zu steuern--der allererste Tag versuchte er,“ Andersen sagt. „Dieses bezeugt zu, wie intuitiv die Steuerung ist, wann unter Verwendung PPC-Tätigkeit.“

Obgleich er in der Lage war, sofort sich zu bewegen, entwickelte der Roboterarm mit seinen Gedanken, nach Wochen des Vorstellens, Sorto seine Steuerung des Armes weiter. Jetzt ist Sorto in der Lage, moderne Aufgaben mit seinem Verstand, wie Kontrolle eines Computer-Cursors durchzuführen; Trinken eines Getränkes; Herstellung einer Händeschüttelngeste; und verschiedene Aufgaben mit dem Roboterarm durchführend.

Aisen, der leitende Oberarzt an Freunden Rancho Los, die das Rehabilitationsteam der Studie führten, sagt dass Förderungen im Prosthetics wie diese Griffversprechen während der Zukunft der geduldigen Rehabilitation.

„Wir in Rancho werden voranbringender Rehabilitation eingeweiht und zur Wiederherstellung der neurologischen Funktion durch neue Technologien, die assistive sein können oder Wiederaufnahme fördern können, indem sie die angeborene Plastizität des menschlichen Nervensystems ausnützen,“ sagt Aisen, auch einen klinischen Professor von der Neurologie an der Keck-medizinischen Fakultät von USC. „Diese Forschung ist zur Rolle von Robotik- und Gehirnmaschinenschnittstellen als Hilfsgeräte relevant, aber spricht auch mit der Fähigkeit des Gehirns zu lernen, auf neue Arten zu arbeiten. Wir haben eine einzigartige Umwelt geschaffen, die Rehabilitation, Medizin, und Wissenschaft nahtlos zusammenbringen kann, wie in dieser Studie illustriert.“

Sorto hat an unterzeichnet, um zu arbeiten auf dem Projekt für ein drittes Jahr fortzufahren. Er sagt, dass die Studie ihn angespornt hat, seine Ausbildung fortzusetzen und einen Magister-Abschluss in der Sozialarbeit auszuüben.

„Diese Studie ist zu mir sehr bedeutungsvoll gewesen,“ sagt Sorto. „Soviel wie benötigte das Projekt mich, ich benötigte das Projekt. Es bereitet mir großes Vergnügen, ein Teil der Lösung für das Verbessern der gelähmten Leben der Patienten zu sein. Ich scherze herum mit den Kerlen, die ich sein wünsche, mein eigenes Bier zu trinken--zu in der Lage sein, ein Getränk an meinem eigenen Schritt zu nehmen, wenn ich ein Schlückchen aus meinem Bier heraus nehmen möchte und nicht jemand bitten muss, es mir zu geben. Ich verfehle wirklich diese Unabhängigkeit. Ich denke, dass, wenn es genug sicher war, ich wirklich genießen würde, mich zu pflegen--Rasieren, meine eigenen Zähne putzend. Das würde sein fantastisch.“

„Das bessere Verständnis des PPC hilft den Forschern, die neuroprosthetic Geräte der Zukunft zu verbessern,“ sagt Andersen. „Was wir hier haben, ein einzigartiges Fenster in die Funktionen einer komplexen hochrangigen Hirnregion ist, da wir kooperativ mit unseren Themen arbeiten, um ihre Fähigkeit zu vervollkommnen, wenn wir steuern externe Geräte.“