विद्युत उत्तेजना लकवाग्रस्त बंदरों में हाथ नियंत्रण में सुधार करती है

पूर्व-नैदानिक ​​​​प्रयोगों से पता चलता है कि गंभीर चोट से क्षतिग्रस्त ऊपरी रीढ़ की हड्डी की जीवित नसों की विद्युत उत्तेजना सीमित हाथ वाले व्यक्तियों को आंशिक रूप से खोई हुई गति को पुनः प्राप्त करने की अनुमति देगी।
वरिष्ठ लेखक मार्को कैपोग्रोसो, पीएच.डी. ने कहा, “हाथ की सबसे सरल गति को भी करने के लिए, हमारे तंत्रिका तंत्र को सैकड़ों मांसपेशियों का समन्वय करना पड़ता है, और इस जटिल तंत्रिका नियंत्रण को प्रत्यक्ष विद्युत मांसपेशी सक्रियण के साथ बदलना एक प्रयोगशाला के बाहर बहुत मुश्किल होगा।” न्यूरोलॉजिकल सर्जरी के सहायक प्रोफेसर और पिट में पुनर्वास और तंत्रिका इंजीनियरिंग लैब्स के सदस्य।
“मांसपेशियों को उत्तेजित करने के बजाय, हमने एक ऐसी प्रणाली को डिजाइन करके तकनीक को सरल बनाया जो रीढ़ की हड्डी में विशिष्ट उत्तेजना दालों के माध्यम से मस्तिष्क और हाथ के बीच कनेक्शन को बहाल करने के लिए जीवित न्यूरॉन्स का उपयोग करती है, संभावित रूप से पक्षाघात वाले व्यक्ति को दैनिक जीवन के कार्यों को करने में सक्षम बनाती है। “
हाथ और हाथ की गतिशीलता में कमी, कलाई को मोड़ने की सीमाओं से लेकर किसी के हाथ को हिलाने में असमर्थता तक, कुछ सबसे अधिक जीवन बदलने वाली जटिलताएं हैं, जो स्ट्रोक के रोगियों और लकवाग्रस्त लोगों को संघर्ष करने के लिए मजबूर करती हैं।
यहां तक ​​​​कि हाथ और हाथ के कार्य में मामूली कमी भी रोगियों के जीवन की गुणवत्ता और उनकी स्वायत्तता को सीमित करती है, जिससे ऊपरी अंग की बहाली न्यूरोरेहेबिलिटेशन के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण फोकस को नियंत्रित करती है।
फिर भी, ऐसी कोई चिकित्सा या चिकित्सा प्रौद्योगिकियां नहीं हैं जो रोगियों को उनके खोए हुए ऊपरी अंगों के कार्य को बहाल करने या सार्थक रूप से सुधारने की अनुमति देती हैं।
ऊपरी अंगों की गति और बेहतर निपुणता की एक विस्तृत श्रृंखला प्राइमेट और मनुष्यों को अन्य स्तनधारियों से अलग करती है।
हाथ को कंधे में घुमाने, कोहनी पर मोड़ने, कलाई को मोड़ने और कलाई का विस्तार करने और अलग-अलग उंगलियों की स्थिति बदलकर पकड़ बदलने की क्षमता, जिस तरह से हम वस्तुओं को पकड़ते हैं और अन्यथा दुनिया के साथ बातचीत करते हैं, उस पर असाधारण रूप से जटिल नियंत्रण की अनुमति देता है।
वह अद्भुत क्षमता भी है जो हाथ और हाथ की गति को बहाल करना असाधारण रूप से कठिन बनाती है।
पिट शोधकर्ताओं को एक चुनौतीपूर्ण कार्य का सामना करना पड़ा: एक ऐसी तकनीक विकसित करें जो बाहरी उत्तेजनाओं का उपयोग करके हाथ की मांसपेशियों को नियंत्रित करने के लिए मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी को जोड़ने वाली शेष स्वस्थ नसों को सक्रिय कर सके।
प्रौद्योगिकी को भी निर्बाध होना था और उपयोग करने के लिए बहुत कम या बिना किसी प्रशिक्षण की आवश्यकता होती है, जिससे व्यक्तियों को परिचित मोटर कार्यों को जारी रखने की अनुमति मिलती है जिस तरह से उन्होंने अपनी चोट से पहले किया था।
प्रौद्योगिकी का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने आंशिक हाथ पक्षाघात वाले मकाक बंदरों के साथ काम किया, जिन्हें अपने पसंदीदा भोजन उपचार प्राप्त करने के लिए लीवर तक पहुंचने, पकड़ने और खींचने के लिए प्रशिक्षित किया गया था।
स्वैच्छिक आंदोलन को नियंत्रित करने वाले क्षेत्रों से विद्युत गतिविधि का पता लगाने वाले मस्तिष्क प्रत्यारोपण के अलावा, बंदरों को एक पेंसिल-टॉप इरेज़र के आकार के बाहरी उत्तेजक से जुड़े इलेक्ट्रोड की एक छोटी सरणी के साथ प्रत्यारोपित किया गया था, जो कि क्षणिक रूप से चालू हो गए थे जब मस्तिष्क इलेक्ट्रोड ने जानवर के इरादे का पता लगाया था अपना हाथ हिलाने के लिए।
हार्वर्ड मेडिकल स्कूल और बोस्टन चिल्ड्रेन हॉस्पिटल में सह-प्रथम लेखक सारा कोंटी, पीएचडी ने कहा, “हमारे प्रोटोकॉल में सरल उत्तेजना पैटर्न शामिल हैं जो जानवर के इरादे का पता लगाने के द्वारा शुरू किए जाते हैं।”
“हमें यह जानने की ज़रूरत नहीं है कि जानवर कहाँ जाना चाहता है; हमें केवल यह जानने की ज़रूरत है कि वे आगे बढ़ना चाहते हैं, और उस जानकारी को निकालना अपेक्षाकृत सरल है।
हमारी तकनीक को कई अलग-अलग तरीकों से क्लीनिकों में लागू किया जा सकता है, संभावित रूप से मस्तिष्क प्रत्यारोपण की आवश्यकता के बिना।”
इलेक्ट्रोड और उत्तेजक के डिजाइन और प्लेसमेंट – रीढ़ की हड्डी से हाथ और हाथ की मांसपेशियों की ओर उगने वाली तंत्रिका जड़ों पर – कम्प्यूटेशनल एल्गोरिदम और मेडिकल इमेजिंग के संयोजन का उपयोग करके बड़े पैमाने पर सत्यापित किया गया था, यह सुनिश्चित करते हुए कि प्रत्येक जानवर की अनूठी शरीर रचना संगत थी डिवाइस के साथ।
विश्लेषण से पता चला है कि, जबकि हाथ के कार्य को पूरी तरह से बहाल करने के लिए पर्याप्त नहीं है, उत्तेजना ने सटीकता, बल और गति की सीमा में काफी सुधार किया है, जिससे प्रत्येक जानवर को अपने हाथ को अधिक कुशलता से स्थानांतरित करने की अनुमति मिलती है।
महत्वपूर्ण रूप से, जानवरों ने सुधार जारी रखा क्योंकि उन्होंने अनुकूलन किया और सीखा कि उत्तेजना का उपयोग कैसे किया जाए।
सह-प्रथम लेखक बीट्राइस बर्रा, पीएच.डी. , स्विट्जरलैंड में फ़्राइबर्ग विश्वविद्यालय में पूर्व डॉक्टरेट छात्र और पिट में अतिथि विद्वान, वर्तमान में न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय में।
“तंत्रिका तंत्र के चारों ओर एक ऐसी तकनीक का निर्माण करके जो स्वाभाविक रूप से करने के लिए डिज़ाइन की गई नकल की नकल करती है, हमें बेहतर परिणाम मिलते हैं।”