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Mikroelektroden-Wirbelsäulenimplantate zur Kontrolle der gelähmten Gliedmaßenfunktion

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Forscher der University of Alberta in Kanada haben neuartige Platin/Iridium-Mikroelektroden verwendet, um eine funktionelle Karte des unteren Rückenmarks bei Affen zu erstellen, die zeigt, wie verschiedene Segmente des Rückenmarks die Bewegung der unteren Extremitäten steuern

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Diese Entwicklung kann eines Tages für die Rehabilitation von Patienten mit Lähmungen genutzt werden.

Das Rückenmark ist ein komplexer Teil unseres Nervensystems, der unsere Atmung, unseren Gang und unseren Darm reguliert. So wurde die Stimulation des Rückenmarks untersucht, um gelähmte Gliedmaßen wiederzubeleben und die Regeneration zu verbessern. Um kontrollierte, beabsichtigte Wirkungen zu erzielen, haben viele Forscher die Organisationsstruktur der Rückenmarksstränge von Katzen untersucht. Diese unterscheiden sich jedoch signifikant von menschlichen Wirbelsäulenschnüren, so dass die Alberta-Forscher eine implantierbare Mikroelektrode verwendeten, um die Rückenmarksorganisation von Makakenaffen zu untersuchen.

Die Forscher verwendeten Platin/Iridium-Mikroelektroden (75 µm Durchmesser) zusammen mit einem am Rücken montierten stereotaktischen System zur hochpräzisen räumlichen Kontrolle der Mikroelektrodenplatzierung. Die Elektroden wurden alle 2 mm in eine Richtung und alle 0,5 mm in die anderen beiden Richtungen in 3D platziert, was eine hochauflösende volumetrische Zuordnung ermöglicht. An jeder Stelle wurde eine Stimulation zwischen 10 µA und 300 µA bei 50 Hz durchgeführt. Die Extremitätenbewegungen wurden untersucht, indem reflektierende Marker an den wichtigsten Positionen der Extremitäten platziert und mit einer Kamera aufgenommen wurden.

Die Forscher untersuchten vier Makakenaffen mit diesem Ansatz und kartierten die untere Wirbelsäulenregion zwischen L2 und S1. Aus den Ergebnissen wurde eine Funktionskarte des Rückenmarks erstellt, die dokumentiert, wie die Stimulation an präzisen Punkten in motorische Bewegungen umgesetzt wurde, einschließlich Hüftbeugung und -streckung, Kniebeugung und -streckung, Knöchelflexion und -streckung sowie Rückwärts- und Streckensynergie (Bewegung von Hüften, Knien und Knöcheln im Einklang).

"Wir denken, dass die intraspinale Stimulation selbst die Menschen dazu bringt, länger und länger und vielleicht sogar schneller zu gehen", sagte Vivian Mushahwar, Hauptautorin der Studie, die in der Zeitschrift Scientific Reports erscheint, und Professorin an der University of Alberta. "Das an sich wird zu ihrer Therapie. Stell dir die Zukunft vor. Eine Person denkt nur und Befehle werden auf das Rückenmark übertragen. Die Leute stehen auf und gehen. Das ist der Traum."