Gehirn-Implantat ermöglicht Tetraplegiker Mann Guitar Hero mit seinen Händen zu spielen

Sechs Jahren während eines Urlaubs mit Freunden, erlitt Ian Burkhart einen Unfall, der ihn von den Schultern abwärts gelähmt verlassen. Ein neues System jetzt erlaubt es ihm, komplexe Bewegungen mit seiner Hand und Finger, damit ihm die erste Person in der Geschichte-Funktion mit Signalen aus seinem Gehirn wieder zu machen.

Das System, genannt NeuroLife, lässt den Burkhart, funktionelle Bewegungen, z. B. Abholung Utensilien, gießen den Inhalt aus einer Flasche, streichen eine Kreditkarte zu machen — und sogar spielen Guitar Hero. Es wurde von den Forschern das Battelle Memorial Institute, mit ein wenig Hilfe von der Ohio State University Wexner Medical Center entwickelt.

In der neuesten Ausgabe von Natur, beschriebene Geräte nutzt eine künstliche neuronale Umgehungsstraße, die Signale von Burkharts Gehirns, die betroffenen Muskeln leitet. Es ist das erste Mal, dass ein gelähmter Mensch Bewegung wiedererlangt hat, nur mit Hilfe ihrer Gedanken, und es wurde balanciert, um revolutionieren die Art und Weise der gelähmten Patienten und andere Motor mit eingeschränkter Personen rehabilitiert werden.

Burkhart war erst 19 Jahre alt, als der Unfall passierte. Beim Schwimmen mit Freunden verkannte er die Tiefe des Wassers und der Taube kopfüber in eine Sandbank, den Hals zu brechen. Seine Verletzung machte ihn eine c-5, Tetraplegiker, nicht in der Lage, jeden Teil seines Körpers unter den Schultern zu bewegen. Ärzte sagten ihm, er würde nie wieder laufen können oder wieder Funktion in seinen Händen; die Signale vom Gehirn, könnte zwar intakt, nicht die Blockade an der Stelle der Verletzung vorbeizukommen.

"Wenn sie zuerst mir von diesem Projekt erzählte dachte ich, es Klang wie etwas aus einem Science-Fiction-Film."

Undaunted, Burkhart erzählt seine Ärzte und Therapeuten, dass er bereit ist zu gehen die Extrameile während seiner Rehabilitation war. Dies führte ihn zu Battelles Nick Annetta und Ohio Landesuniversität Ali Reza.

"Ich hatte das Gefühl nach meinem Unfall, dass gäbe es einige Verbesserungen in Wissenschaft, Technik und Medizin, die meine Lebensqualität verbessern würde," sagte Burkhart Gizmodo in einem Telefon-Interview. "Ich war schon immer ein großer Fan von Technologie, und weil ich an der Ohio State Therapie bekam, wusste ich über die Art der Arbeit dort geleistet wird. Ich habe gerade mein Interesse bekannt, und sobald die Forscher bis zu einem Punkt wo sie suchten eine Testperson kam, sie mit mir in Verbindung. Zum Glück konnte ich abhaken alle Boxen, die Liste der Anforderungen, die sie gesucht haben."

Doch als die Forscher der Ohio State University das Projekt Burkhart erklärte, sagte er, es Klang wie etwas aus einem Science-Fiction-Film. Er fragte, ob es noch getan werden könnte. "Aber je mehr ich sprach mit dem Team, die mehr Vertrauen hatte ich in ihr Wissen und ihre Fachkenntnisse."

Das NeuroLife-System sieht wirklich, wie es aus der Zukunft kommen konnte. Es ist im Grunde eine elektronische Umweg für behindert Gehirn signalisiert. Das Gerät interpretiert vorsätzliche Gehirnsignale, die normalerweise durch das Rückenmark, senden es an die gewünschten Muskeln über Kabel kanalisiert werden würde. Eine Elektrode ausgestattet Ärmel getragen wird oberhalb des Handgelenks, die erforderlichen Muskelkontraktionen auslösen.

Der erste Schritt des Projekts war, eine winzige, erbsengroße Mikroelektrode Array im motorischen Kortex des Bukharts Gehirns zu implantieren. Im Gegensatz zu ähnlichen Techniken, mit denen EEG Kappen um elektrische Aktivität des Gehirns von der Kopfhaut zu erfassen, ist dieses System invasiv. Der 96-Kanal-Chip-Implantate direkt in sein Gehirn und ein Kabelanschluss an der Rückseite seines Kopfes sitzt. Das Gerät nutzt ein paar hundert Motoneuronen, Bereitstellung von genügend Informationen für die Ausführung der grundlegenden physikalischen Aufgaben. Auch nach zwei Jahren ist das Gerät noch Signale von ausgezeichneter Qualität am laufenden Band. Der Chip funktioniert tatsächlich besser als die Wissenschaftler erwartet.

In den Tagen und Wochen nach der dreistündigen Operation (2014), Burkhart litt an Kopfschmerzen und Schmerzen an der Schnitt-Stelle, aber es ist nicht etwas, das stört ihn nicht mehr. Für die Münze-Größe Sockel an seinem Hinterkopf überlegt er kaum noch.

Der nächste Schritt war, einen Computer zu verstehen, die Signale aus Burkharts motorischen Kortex (der Teil des Gehirns, die für körperliche Bewegung) zu trainieren. In diesem frühen Stadium wollten die Forscher einfach zu wissen, ob das System funktionieren würde, und sie ihren Proof bekam-of-Concept Burkhart erfolgreich seine Gedanken zum Öffnen und Schließen der Hand verwendet. Bewaffnet mit dieser Validierung, konnten die Forscher in die nächste Stufe aufsteigen Burkhart feinere Kontrolle über seine Hand und Finger geben wollte.

Burkhart hatte, einen Computer zu verstehen, die verschiedenen Gehirn-Muster verbunden mit bestimmten Bewegungen zu trainieren. Für Burkhart dieser Prozess erwies sich als langwierig, zeitaufwendig und zermürbend. Er hatte nicht gedacht, über den Umzug seiner Hände und Finger in Jahren. Die Sitzungen ließ ihn geistig und körperlich erschöpft.

"In den 19 Jahren vor meinem Unfall, ich wirklich es getroffen hatte für selbstverständlich, dass ich so viel Kontrolle über meine Hand haben kann", sagte Burkhart. "Während des Trainings, ich musste wirklich brechen hinunter meine Denkprozesse und auf natürliche Weise, die helfen könnte den Computer lernen, so dass wir zusammen arbeiten können. Die meisten geistig anstrengende Teil versuchte, alles andere blockieren, die in meinem Gehirn los war und nur diese eine Bewegung meine Konzentration und Energie Schwerpunkt."

"Die Geschwindigkeit, an der alles entwickelt, ist mir versicherte, dass dies vor sich geht, etwas zu sein, der schließlich verwendet wird von vielen verschiedenen Menschen, ihre Lebensqualität zu verbessern."

Burkhart besser an dieser Aufgabe im Laufe der Zeit, und jetzt muss er nur 10 bis 15 Minuten, den Computer zu trainieren. Leider hat das System für jede Sitzung durch die vergängliche Natur der Signale des Gehirns trainiert werden – aber die Maschinenschnittstelle lernen ist immer schrittweise besser und schneller bei mapping Burkharts Gehirn-Muster. Burkhart und Computer sind also zusammen lernen.

Um Burkharts Hand und Finger zu bewegen, ist ein Empfangsgerät auf seinen Arm wie eine Manschette gelegt. Dieses 130-Elektroden-Gerät erfordert keine zusätzliche Operation und freuen Sie sich auf Stimulation, um gezielt Muskeln, wodurch sie Vertrag (und Nein, es tut nicht weh). Jeder Finger wird durch 20 Elektroden gesteuert, während die restlichen 50 die Hand steuern. Burkhart nutzt seine Gedanken zum Auslösen einer bestimmten Reihenfolge feuern Muster, erlaubte ihm, seine Hand zu drehen, machen Sie eine Faust oder Kneifen seine Finger um ein Objekt zu erfassen. Er kann kaum glauben, die Fortschritte haben sie in weniger als zwei Jahren – und es ist besser, als er sich jemals vorgestellt.

"Ich dachte, dass gerade erst meine Hände zu bewegen viel Zeit in Anspruch nehmen würde," sagte er, "nun wir sind in der Lage, viele weitere Bewegungen, einschließlich komplexer Handbewegungen und feine Finger-Steuerung, wo ich eigentlich Gegenstände abholen können. Die Geschwindigkeit, an der alles entwickelt, ist mir versicherte, dass dies vor sich geht, etwas zu sein, der schließlich verwendet wird von vielen verschiedenen Menschen, ihre Lebensqualität zu verbessern."

Während der Tests zeigte Burkhart, dass er überraschend komplexe Bewegungen mit den Händen und Fingern, wie Abholung einen Löffel oder eine Tasse, ein Handy ans Ohr halten und gießen den Inhalt aus einer Flasche durchführen kann. Er kann auch die Stärke dieser Bewegungen steuern. Burkhart zeigte auch, dass er das System verwenden kann, um Guitar Hero spielen.

"Es ist irgendwie verrückt, dass dieses System gut genug funktioniert und reagiert schnell genug für mich, dass man das Video-Spiel mit der Menge an Genauigkeit und Reaktionszeiten, die erforderlich sind," sagte Burkhart Gizmodo. "Die Menge der Latenz vom Punkt, den denke ich, über es aus wenn der Finger bewegt ist wirklich vernachlässigbar. Kann ich die Noten herab auf dem Bildschirm zu sehen und ein bisschen Mitdenken, aber ich bin wirklich das Spiel in einer Weise, die ganz natürlich ist."

Burkhart sagte, gab es ein paar Mal, wenn er "krank spielen das gleiche Lied immer und immer wieder", aber er gab zu, dass es viel mehr Spaß, dass die anderen Trainings war.

Spielen von Videospielen ist alles schön und gut, aber Burkhart sagte, er war sehr beeindruckt mit der Fähigkeit, eine Flasche aufzuheben, gießen den Inhalt, und rühren Sie es mit einem Stock rühren. "Diese Aufgabe war wirklich etwas Besonderes für mich", sagte er, "weil das übersetzen können, so viele verschiedene Dinge." Er sagte, dass die Fähigkeit, aus einem großen Handgriff zu einem feineren Geschicklichkeit erfordern gehen zeigt, wie robust das System wirklich ist.

NeuroLife beschränkt sich derzeit auf das Labor, aber Burkhart hofft, es anderswo zu nehmen. Er ist ständig nörgelnden die Forscher über die Einnahme es nach Hause. Burkhart sieht das System als eine Möglichkeit für ihn schließlich seine Unabhängigkeit und Autonomie zurückgewinnen.

"Es ist etwas, das auf jeden Fall die Forscher in Richtung arbeiten, aber Recht jetzt das System ist etwas sperrig. Es erfordert große Kabel, die kommen direkt aus meinem Kopf, und dann zu einer Verarbeitungseinheit die speist eines Computers, und dann an einem anderen Verarbeitungseinheit, die die Stimulation steuert,"sagte er. "So gibt es eine Menge von Komponenten im System, die vereinfacht und reduziert in der Größe in Ordnung dafür, etwas für den Einsatz außerhalb des Labors durchführbar sein müssen."

Dies ist genau das, was die Forscher wollen. Laut Projektleiter Chad Bouton hoffen sie, NeuroLife in der Größe bis zu dem Punkt zu reduzieren, wo es unsichtbar wird. Schließlich konnte das System Wireless und die Hülse ersetzt durch implantierte Elektroden in die Hand und den Fingern erfolgen. Bouton ist auch in der Hoffnung zu sehen, die Technologie angewendet, um anderen Patienten, darunter auch Menschen, die einen Schlaganfall erlitten haben; Er sagte, dass dies nur die "Spitze des Eisbergs" in Bezug auf die möglichen Anwendungen.

Für Burkhart wird er auch weiterhin tun, was er kann mit Hilfe Push-Technologie nach vorn, sagt, er fühlt sich sehr glücklich, in die Studie einbezogen werden.

"Ich habe es wirklich genossen jede Sekunde davon, und auch wenn es mich und meinen Alltag profitieren nicht, ich weiß die Arbeit, die wir tun ist Teil eines größeren Problems, die eine Menge anderer Leute profitieren könnten" sagte er. "Viel mehr Arbeit, immer noch von vielen mehr Menschen zur Lösung dieses Problems der Wiedererlangung der Bewegung getan werden muss, aber ich fühle, dass ich ein Stück dieses Puzzles, und ich froh bin, ein Teil davon zu sein."

Hat Ian Burkhart eine Stiftung , Personen mit Verletzungen des Rückenmarks zu helfen. Sie können Spenden hier.

[Natur]