Życie z paraliżem: interfejs mózg-komputer pozwala poruszać kursorem, aby pisać szybko i precyzyjne

Paraliż może być spowodowany urazem, chorobą lub w rzadkich przypadkach, zatruciem. Dotknięte nim osoby borykają się z licznymi trudnościami, między innymi utratą mobilności i czucia w różnych częściach ciała. Mimo że paraliż przejawia się głównie w trudnościach z poruszaniem mięśni, jego przyczyna leży w nerwach lub rdzeniu kręgowym. To właśnie one są wykorzystywane przez mózg do wywoływania ruchu.

Urazy rdzenia kręgowego można podzielić na dwa typy: całkowite i częściowe. Całkowity uraz oznacza zupełną utratę funkcji ruchowych oraz czucia w częściach ciała poniżej miejsca uszkodzenia. Uraz częściowy ma z kolei miejsce, gdy funkcje motoryczne i czucie są częściowo obecne poniżej miejsca urazu, a ich zakres zależy od stopnia obrażeń rdzenia kręgowego.

Paraliż może się pojawić nagle, na przykład w wyniku uderzenia lub upadku, lub następować stopniowo, jako efekt choroby. Jedną z chorób wywołujących paraliż jest stwardnienie zanikowe boczne (w skrócie SLA), zwane również chorobą Lou Gehriga. Występuje, gdy uszkodzeniu ulegają komórki nerwowe, odpowiedzialne za wywoływanie świadomego ruchu. Jest to choroba postępująca, więc problem z kontrolą mięśni zwiększa się z czasem, prowadząc ostatecznie do paraliżu.

Główne wyzwania związane z paraliżem to utrata ruchu oraz czucia. Pierwsza z nich może być w pewnym stopniu zrekompensowana, przez stosowanie różnorodnych przyrządów wspomagających chodzenie lub wózka inwalidzkiego z napędem silnikowym, w bardziej poważnych przypadkach.

Ostatnie badania prowadzone na Uniwersytecie Stanforda przyniosły istotny przełom naukowy. Uczestniczyły w nich trzy dotknięte paraliżem osoby. U dwóch pacjentów był to paraliż postępujący, związany z SLA, a w trzecim przypadku wynikał z urazu rdzenia kręgowego. Wszyscy uczestnicy mieli poważne problemy z ruchem kończyn. Aby rejestrować sygnały pochodzące z kory ruchowej, części mózgu odpowiedzialnej za kontrolowanie ruchu mięśni, uczestnikom podłączono do mózgu elektrody. Przez kabel, zebrane w ten sposób informacje były przesyłane do komputera, gdzie odpowiedni algorytm przekładał je na polecenia typu „wskaż i kliknij” (point-and-click). Wyobrażając sobie ruch własnych rąk, wszyscy trzech uczestnicy byli w stanie poruszać kursorem po klawiaturze ekranowej, pisząc szybko i precyzyjnie.

Implikacje tego odkrycia są ogromne. Przede wszystkim osoby z paraliżem, które pracują korzystając z komputera, nie muszą się już martwić utratą źródła dochodu. Miarą niezależności jest nie tylko mobilność, ale również możliwość wykonywania innych czynności, bez nadmiernego polegania na pomocy innych.

Postępy w medycynie zazwyczaj mają dwa główne cele: poprawić jakość życia pacjentów, przez łagodzenie nasilenia objawów choroby oraz przywracanie zdrowia, poprzez stopniowe leczenie. Spodziewa się, że podejście typu “wskaż i kliknij” zostanie rozszerzone na inne urządzenia, takie jak smartfony i tablety, więc w przyszłości skutki chorób neurologicznych i urazów będą znacznie mniej dotkliwe dla pacjentów. Postępy w naukach medycznych umożliwią korzystanie z intuicyjnych i elastycznych interfejsów, które zwiększą mobilność, ułatwią komunikację oraz przywrócą niezależność.

Jest to ważny krok w stronę radzenia sobie z zaburzeniami neurologicznymi, ale w żadnym stopniu nie można go nazwać pierwszym przełomem w tej dziedzinie. Funkcje dotknięte urazami rdzenia kręgowego, w tym problemy z układem krążenia i funkcjami układu autonomicznego (oddychanie, trawienie itp.) mogą być w znacznym stopniu przywrócone, dzięki zastosowaniu stymulacji zewnątrzoponowej. Urządzenie do stymulacji zewnątrzoponowej uaktywnia obwody nerwowe w rdzeniu kręgowym poprzez imitację sygnałów nerwowych pochodzących z mózgu. Stymulator wszczepia się chirurgicznie i podłącza do układa nerwowego w celu uśmierzania bólu i stymulacji mięśni.

Urządzenie umieszcza się na warstwie ochronnej rdzenia kręgowego. Jego działanie polega na zastosowaniu stałego prądu elektrycznego na określone fragmenty odcinka lędźwiowego rdzenia. Pacjent uczy się kontrolować urządzenie w celu wywołania ruchu kończyn. Impulsy, które w normalnym przypadku pochodziłyby z mózgu, są wysyłane z pomocą urządzenia, jako wynik świadomego działania pacjenta. Po włączeniu, wysyłane z pomocą stymulatora komendy skutecznie omijają miejsce urazu, aktywując obwody nerwowe w rdzeniu i umożliwiając świadomy ruch.

Pacjenci uczą się korzystać z urządzenia w procesie rozbudowanej rehabilitacji. Koordynacja stymulatora zewnątrzoponowego z mózgiem, mięśniami i nerwami może zająć nawet 40 dni i ostatecznie prowadzi do pewnych, świadomych ruchów. Skontaktuj się z nami, jeśli chcesz się dowiedzieć, jak stymulacja zewnątrzoponowa może odmienić Twoje życie.

H/T: Stanford Medicine