Εγκεφαλικό εμφύτευμα για παράλυτους προσφέρει ρομποτική χείρα βοηθείας

Μια γουλιά καφές φέρνει πιο κοντά την ημέρα κατά την οποία παράλυτα άτομα θα μπορούν να έχουν (έστω ως έναν βαθμό) ικανότητα αυτοεξυπηρέτησης ελέγχοντας ρομποτικά μέλη μόνο με τη σκέψη τους.

Την… πολυπόθητη γουλιά ήπιε μια 58χρονη γυναίκα που παρέλυσε το 1996 εξαιτίας εγκεφαλικού επεισοδίου το οποίο «έπληξε» το εγκεφαλικό της στέλεχος. Η Κάθι, όπως είναι το όνομά της, μετά το επεισόδιο έμεινε τετραπληγική και ανίκανη να μιλήσει.

Καθοδήγηση με τη σκέψη

Στο πλαίσιο της πρώτης δοκιμής του είδους η ασθενής κατέφερε να οδηγήσει ένα δοχείο με καφέ στα χείλη της και να πιει το ρόφημα με καλαμάκι καθοδηγώντας ένα ρομποτικό χέρι με τον εγκέφαλό της, όπως αναφέρεται σε σχετική δημοσίευση στην επιθεώρηση «Nature».

«Μόλις κατάφερε να φέρει εις πέρας αυτό το καθήκον χαμογέλασε πλατιά. Ήταν η πρώτη φορά τα τελευταία 15 χρόνια που αυτή η γυναίκα μπόρεσε να προσφέρει κάτι στον εαυτό της» ανέφερε ο επικεφαλής της ομάδας Δρ Τζον Ντόνογκ, διευθυντής του Ινστιτούτου για τις Επιστήμες του Εγκεφάλου στο Πανεπιστήμιο Μπράουν στο Ρόουντ Άιλαντ.

Η ίδια ερευνητική ομάδα είχε καταφέρει στο παρελθόν να κάνει δύο παράλυτους ασθενείς να ελέγχουν κέρσορες σε οθόνη υπολογιστή με τη σκέψη τους μέσω της εμφύτευσης μικροτσίπ στον εγκέφαλό τους. Το τελευταίο πείραμα είναι το πρώτο στο οποίο ασθενείς χρησιμοποιούν τα εγκεφαλικά τους σήματα ώστε να χειριστούν καθημερινά αντικείμενα μέσω ρομποτικού χεριού. Παρόμοια καλά αποτελέσματα είχαν προκύψει από πειράματα σε πιθήκους που είχαν διεξαχθεί το 2008.

Εμφύτευση στον κινητικό φλοιό

Τόσο η Κάθι όσο και ο Μπομπ, ένας 66χρονος άνδρας που είχε επίσης μείνει παράλυτος εξαιτίας σοβαρού εγκεφαλικού, δέχθηκαν να εμφυτευθούν στον κινητικό φλοιό τους – στην περιοχή του εγκεφάλου που ελέγχει την κίνηση – συσκευές με μέγεθος όσο αυτό μιας ασπιρίνης που περιείχαν περί τα 100 ηλεκτρόδια η καθεμιά. Τα ηλεκτρόδια αυτά, το καθένα με πάχος ανθρώπινης τρίχας, λαμβάνουν σήματα από τους νευρώνες στον κινητικό φλοιό. Στην Κάθι η εμφύτευση έγινε πριν από πέντε χρόνια ενώ στον Μπομπ που είναι παράλυτος από το 2006 το εμφύτευμα τοποθετήθηκε πέντε μήνες πριν τη διεξαγωγή της μελέτης.

Η ερευνητική ομάδα ζήτησε από τους δύο εθελοντές στο πλαίσιο κλινικής δοκιμής με τον τίτλο ΒrainGate2 να παρακολουθήσουν ένα βίντεο στο οποίο ένας ρομποτικός βραχίονας εκτελούσε προγραμματισμένες κινήσεις και να φανταστούν ότι οι ίδιοι κινούσαν τον συγκεκριμένο βραχίονα. Μέσω της καταγραφής των εγκεφαλικών σημάτων που αντιστοιχούν σε κάθε κίνηση του ρομποτικού χεριού (όπως το επάνω, το κάτω, το δεξιά ή το αριστερά), ο υπολογιστής μπορούσε να «διδαχθεί» να κινεί τον ρομποτικό βραχίονα σύμφωνα με τα όσα όριζαν τα εγκεφαλικά σήματα των ασθενών.

Στη δοκιμή χρησιμοποιούνται δύο τύποι ρομποτικών βραχιόνων: το DEKA Arm System το οποίο αναπτύσσεται σε συνεργασία με τον αμερικανικό στρατό καθώς και ένα πιο βαρύ σύστημα που αναπτύσσεται από το Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο.

Επιτυχημένες δοκιμές

Συγκεκριμένα σε δοκιμές κατά τις οποίες ζητήθηκε από τους εθελοντές να πιάσουν ένα μπαλάκι από αφρώδες υλικό μέσα σε 30 δευτερόλεπτα, ο Μπομπ με χρήση του συστήματος DEKA, έφερε εις πέρας το καθήκον στο 62% των περιπτώσεων. Η Κάθι με χρήση του ίδιου συστήματος είχε ποσοστό επιτυχίας της τάξεως του 46%. Στη δεύτερη δοκιμή που αφορούσε το δοχείο του καφέ και στην οποία έλαβε μέρος μόνο η Κάθι, η ασθενής κατάφερε να πιει καφέ με καλαμάκι από το δοχείο τέσσερις στις έξι φορές.

Σύμφωνα με τον δρα Ντόνογκ τα αποτελέσματα σηματοδοτούν ένα σημαντικό βήμα προς την ανάπτυξη συσκευών υποβοήθησης που θα ελέγχονται άμεσα μέσω της σκέψης. «Μελλοντικά ένας τέτοιος ρομποτικός βραχίονας θα μπορεί να είναι ενσωματωμένος στο αναπηρικό αμαξίδιο» σημείωσε ο ειδικός. Προσέθεσε ωστόσο ότι ο δρόμος είναι ακόμη μακρός. «Οι κινήσεις αυτή τη στιγμή είναι αργές και ανακριβείς και για αυτόν τον λόγο πρέπει να βελτιώσουμε τους αλγόριθμους για την αποκωδικοποίηση των νευρικών σημάτων».

Έλεγχος για την ασφάλεια του συστήματος

Στο μεταξύ, η ερευνητική ομάδα συνεχίζει να συλλέγει εθελοντές για τη δοκιμή BrainGate2 προκειμένου να αποδειχθεί εάν η διαδικασία εμφύτευσης των τσιπ είναι ασφαλής. Μέχρι στιγμής επτά άτομα έχουν λάβει το εμφύτευμα και δεν έχουν παρουσιαστεί παρενέργειες. Στόχος των ερευνητών είναι να συλλέξουν συνολικά 15 άτομα που είναι παράλυτα εξαιτίας εγκεφαλικού, εξαιτίας νευροεκφυλιστικών ασθενειών όπως η πλάγια μυατροφική σκλήρυνση ή εξαιτίας τραυματισμών του νωτιαίου μυελού.

Ένας μακρινός στόχος θα ήταν να χρησιμοποιείται η σκέψη για την «επανενεργοποίηση» των μυών των παράλυτων ασθενών με τη βοήθεια εμφυτεύσιμων ηλεκτρικών συσκευών. Ο Δρ Ντόνογκ βρίσκεται σε διαδικασία ανάπτυξης ενός συστήματος το οποίο δοκιμάζει σε έναν εθελοντή.

Βήμα Science

Newsroom ΑΛΤΕΡ ΕΓΚΟ