LOADING ...

Brain Implant stelt de quadriplegic man in staat om Guitar Hero met zijn handen te spelen

George Dvorsky Jan 11, 2018. 18 comments

Zes jaar geleden, toen hij op vakantie was met vrienden, leed Ian Burkhart aan een ongeluk waardoor hij vanaf de schouders verlamd raakte. Met een nieuw systeem kan hij nu complexe bewegingen maken met zijn hand en vingers, waardoor hij de eerste persoon in de geschiedenis is die weer functioneert met signalen uit zijn hersenen.

Het systeem, genaamd NeuroLife , stelt Burkhart in staat om functionele bewegingen te maken, zoals het oppakken van gebruiksvoorwerpen, het gieten van de inhoud uit een fles, het jatten van een creditcard en zelfs het spelen van Guitar Hero. Het is ontwikkeld door onderzoekers van het Battelle Memorial Institute , met een beetje hulp van het Wexner Medical Center van de Ohio State University.

Het apparaat, beschreven in de nieuwste editie van Nature , maakt gebruik van een kunstmatige neurale bypass die signalen uit Burkhart's hersenen omleidt naar de getroffen spieren. Het is de eerste keer dat een verlamd persoon weer in beweging is door zijn of haar gedachten te gebruiken, en het is klaar om een ​​revolutie teweeg te brengen in de manier waarop verlamde patiënten en andere motorisch gehandicapte personen worden hersteld.

Burkhart was slechts 19 jaar oud toen het ongeluk gebeurde. Tijdens het zwemmen met vrienden heeft hij de diepte van het water verkeerd ingeschat en duikt hij eerst in een zandbank, waarbij hij zijn nek brak. Zijn verwonding maakte hem een C-5-quadriplegic , niet in staat om een ​​deel van zijn lichaam onder zijn schouders te verplaatsen. Artsen vertelden hem dat hij nooit meer zou lopen of de functie in zijn handen zou herwinnen; de signalen van zijn hersenen, hoewel intact, konden niet voorbij de blokkade op de plaats van de verwonding komen.

Onverschrokken vertelde Burkhart zijn artsen en therapeuten dat hij bereid was extra inspanningen te leveren tijdens zijn revalidatie. Dit leidde hem naar Battelle's Nick Annetta en Ali Reza van de Ohio State University.

"Ik had het gevoel na mijn ongeluk dat er verbeteringen zouden zijn in de wetenschap, technologie en geneeskunde die mijn kwaliteit van leven zouden verbeteren," vertelde Burkhart Gizmodo in een telefonisch interview. "Ik ben altijd een grote fan geweest van technologie en omdat ik therapie kreeg in de staat Ohio, wist ik van het soort werk dat daar wordt gedaan. Ik heb zojuist mijn interesse kenbaar gemaakt en toen de onderzoekers eenmaal zover waren dat ze een proefpersoon zochten, namen ze contact met me op. Gelukkig kon ik alle vakken afvinken met de vereisten die ze zochten. "

Maar toen de onderzoekers van de staat Ohio het project aan Burkhart uitlegden, zei hij dat het klonk als iets dat recht uit een science fiction-film kwam. Hij vroeg zich af of het zelfs kon worden gedaan. "Maar hoe meer ik met het team sprak, hoe meer geloof ik had in hun kennis en vaardigheden."

Het NeuroLife-systeem ziet er echt uit alsof het uit de toekomst zou kunnen komen. Het is in feite een elektronische omweg voor belemmerde hersensignalen. Het apparaat interpreteert opzettelijke hersensignalen die normaal door het ruggenmerg worden geleid en via kabels naar de gewenste spieren worden gestuurd. Een mouw met een elektroden-uitrusting wordt boven de pols gedragen, waardoor de vereiste spiersamentrekkingen worden veroorzaakt.

De eerste stap van het project was om een ​​kleine micro-elektrode-array van een erwt in de motorische cortex van de hersenen van Bukhart te implanteren. In tegenstelling tot vergelijkbare technieken die EEG-caps gebruiken om de elektrische activiteit van de hersenen van de hoofdhuid te registreren, is dit systeem invasief. De 96-kanaals chip implanteert rechtstreeks in zijn hersenen, terwijl een kabelpoort aan de achterkant van zijn hoofd zit. Het apparaat maakt gebruik van een paar honderd motorneuronen en biedt voldoende informatie voor het uitvoeren van fysieke basistaken. Zelfs na twee jaar maakt het apparaat nog steeds signalen van uitstekende kwaliteit aan. De chip functioneert eigenlijk beter dan de onderzoekers verwachtten.

In de dagen en weken na de drie uur durende operatie (gedaan in 2014) had Burkhart last van hoofdpijn en pijn op de incisieplaats, maar het is niet iets dat hem stoort. Wat betreft het voetstuk van muntachtige omvang in zijn achterhoofd, denkt hij er amper nog over.

De volgende stap was om een ​​computer te trainen om de signalen te begrijpen die uit de motorische cortex van Burkhart komen (het deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor fysieke bewegingen). In dit vroege stadium wilden de onderzoekers gewoon weten of het systeem zou werken, en ze kregen hun proof-of-concept toen Burkhart met succes zijn gedachten gebruikte om zijn hand te openen en te sluiten. Gewapend met deze validatie konden de onderzoekers doorgaan naar de volgende fase, om Burkhart meer controle te geven over zijn hand en vingers.

Burkhart moest een computer trainen om de verschillende hersenpatronen te begrijpen die bij bepaalde bewegingen horen. Voor Burkhart bleek dit proces vervelend, tijdrovend en slopend. Hij had er niet aan gedacht om jarenlang zijn handen en vingers te bewegen. De sessies verlieten hem mentaal en fysiek uitgeput.

"In de 19 jaar voor mijn ongeluk had ik het echt als vanzelfsprekend beschouwd dat ik zoveel controle over mijn hand kon hebben," zei Burkhart. "Dus tijdens de training moest ik echt mijn denkprocessen doorbreken, en op een natuurlijke manier die de computer kon helpen leren, zodat we samen kunnen werken. Het meest mentale vermoeiende deel was het proberen te blokkeren van al het andere dat zich in mijn brein afspeelde en al mijn concentratie en energie concentreren op precies die ene beweging. "

Burkhart is in de loop van de tijd beter geworden in deze taak en nu heeft hij slechts 10 tot 15 minuten nodig om de computer te trainen. Helaas moet het systeem voor elke sessie worden opgeleid vanwege de voorbijgaande aard van hersensignalen, maar de machine-leerinterface wordt steeds beter en sneller bij het in kaart brengen van Burkhart's hersenpatronen. Dus Burkhart en de computer leren samen.

Om Burkhart's hand en vingers te bewegen, wordt een ontvangend apparaat als een manchet op zijn arm geplaatst. Dit apparaat met 130 elektroden hoeft niet extra te worden geopereerd en biedt stimulatie voor gerichte spieren, waardoor ze samentrekken (en nee, het doet geen pijn). Elke vinger wordt bestuurd door 20 elektroden, terwijl de resterende 50 de hand bedienen. Burkhart gebruikt zijn gedachten om een ​​specifieke reeks vuurpatronen te activeren, waardoor hij zijn hand kan roteren, een vuist kan maken of zijn vingers kan knijpen om een ​​voorwerp vast te pakken. Hij kan nauwelijks geloven in de vooruitgang die ze in minder dan twee jaar hebben geboekt - en het is beter dan hij zich ooit had voorgesteld.

"Ik dacht dat alleen het verplaatsen van mijn handen veel tijd zou vergen", zei hij. "Nu kunnen we veel meer bewegingen maken, waaronder complexe handbewegingen en fijne vingerbewegingen waarbij ik objecten kan oppikken. De snelheid waarmee alles evolueert, verzekert mij dat dit iets zal zijn dat uiteindelijk door veel verschillende mensen gebruikt zal worden om hun levenskwaliteit te verbeteren. "

Tijdens het testen heeft Burkhart laten zien dat hij verrassend complexe bewegingen met zijn handen en vingers kan uitvoeren, zoals het oppakken van een lepel of kopje, een telefoon tegen zijn oor houden en de inhoud uit een fles gieten. Hij kan ook de kracht van deze bewegingen controleren. Burkhart liet ook zien dat hij het systeem kan gebruiken om Guitar Hero te spelen.

"Het is gek dat dit systeem goed genoeg werkt en snel genoeg reageert om het videogame te kunnen spelen met de hoeveelheid nauwkeurigheid en reactietijden die nodig zijn", vertelde Burkhart aan Gizmodo. "De hoeveelheid latency van het punt dat ik erover bekijk vanaf het moment dat de vinger beweegt is echt te verwaarlozen. Ik zie de noten op het scherm verschijnen en denk een beetje vooruit, maar ik speel het spel echt op een heel natuurlijke manier. "

Burkhart zei dat er een paar keer was dat hij het beu werd om steeds hetzelfde liedje te spelen, maar hij gaf toe dat het veel leuker was dan de andere trainingssessies.

Het spelen van videogames is prima en goed, maar Burkhart zei dat hij het meest onder de indruk was van het vermogen om een ​​fles op te pakken, de inhoud ervan in te gieten en het vervolgens te roeren met een roerstaafje. "Die taak was heel speciaal voor mij", zei hij, "omdat dat kan vertalen naar zoveel verschillende dingen." Hij zei dat het vermogen om van een grote handbeweging over te gaan naar een handbeweging die fijnere vingergevoeligheid vereist, laat zien hoe robuust het systeem werkelijk is.

NeuroLife is momenteel beperkt tot het laboratorium, maar Burkhart hoopt het elders te halen. Hij zeurt de onderzoekers voortdurend over het naar huis brengen. Burkhart ziet het systeem als een manier om eindelijk zijn onafhankelijkheid en autonomie te herwinnen.

"Het is iets waar de onderzoekers absoluut naar toe werken, maar op dit moment is het systeem nogal omvangrijk. Het vereist grote kabels die recht uit mijn hoofd komen, en dan naar een verwerkingseenheid die een computer voedt, en dan naar een andere verwerkingseenheid die de stimulatie bestuurt, "zei hij. "Er zijn dus veel componenten in het systeem die moeten worden vereenvoudigd en verkleind zodat het iets kan zijn dat buiten het laboratorium kan worden gebruikt."

Dit is precies wat de onderzoekers van plan zijn te doen. Volgens projectleider Chad Bouton hopen ze NeuroLife zo groot te krijgen dat het onzichtbaar wordt. Uiteindelijk zou het systeem draadloos kunnen worden gemaakt en zou de hoes vervangen kunnen worden door geïmplanteerde elektroden in de hand en vingers. Bouton hoopt ook dat de technologie wordt toegepast op andere patiënten, inclusief mensen die een beroerte hebben gehad; hij zei dat dit slechts het "topje van de ijsberg" is in termen van potentiële toepassingen.

Wat Burkhart betreft, hij zal blijven doen wat hij kan om de technologie vooruit te helpen, en zegt dat hij veel geluk heeft dat hij bij de studie betrokken is.

"Ik heb echt elke seconde genoten, en zelfs als het niet ten goede komt aan mij en mijn dagelijks leven, ik weet dat het werk dat we doen deel uitmaakt van een groter probleem dat veel andere mensen ten goede zou kunnen komen," zei hij . "Er moet nog veel meer werk worden gedaan door veel meer mensen om dit probleem van het herwinnen van beweging op te lossen, maar ik voel dat ik een stukje van deze puzzel ben en ik ben er blij om daar deel van uit te kunnen maken."

Ian Burkhart heeft een stichting opgericht om mensen met ruggenmergletsel te helpen. Je kunt hier doneren.

[ Nature ]

18 Comments

Other George Dvorsky's posts

Het plan van het Pentagon om ruimte te creëren voor surveillance met satellieten krijgt vorm Het plan van het Pentagon om ruimte te creëren voor surveillance met satellieten krijgt vorm

Er zijn nieuwe details bekend geworden over het ambitieuze plan van het Pentagon om zeven verschillende verdedigingsconstellaties te bouwen, waarvan...

'Walking Sharks' bevestigd als de nieuwste toevoeging aan de stamboom van de haai 'Walking Sharks' bevestigd als de nieuwste toevoeging aan de stamboom van de haai

Haaien bestaan ​​al heel lang en kwamen meer dan 400 miljoen jaar geleden voor. Nieuw onderzoek toont aan dat tropische 'wandelende haaien'...

'S Werelds oudste bekende inslagkrater bevestigd in Australië 'S Werelds oudste bekende inslagkrater bevestigd in Australië

Een 70 kilometer brede (43- mijl ) impactstructuur in de Australische O utback is gedateerd op 2,2 miljard jaar oud en is daarmee de oudst bek...

436 miljoen jaar oude schorpioen was een van de eerste luchtverversingen van de planeet 436 miljoen jaar oude schorpioen was een van de eerste luchtverversingen van de planeet

Een nieuw beschreven schorpioen uit de vroege Silurische periode beantwoordt belangrijke vragen over de eerste spinachtigen en de aanpassingen waard...

Suggested posts

Pharma Giant Gilead trekt verzoek in FDA verlengt monopolie-status op experimenteel Covid-19-medicijn Pharma Giant Gilead trekt verzoek in FDA verlengt monopolie-status op experimenteel Covid-19-medicijn

Farmaceutische gigant Gilead Sciences trok woensdag zijn inspanningen in score uitgebreide monopolierechten en belastingvoordelen over het ant...

Kleine proef levert geen bewijs op dat hydroxychloroquine werkt tegen Covid-19 Kleine proef levert geen bewijs op dat hydroxychloroquine werkt tegen Covid-19

EEN kleine proef uit China kan al vragen stellen of een behandeling die wordt aangeprezen als een manier om mensen met ernstige covid-19 te redden...

De waarheid van het coronavirus kan erger zijn dan de complottheorieën De waarheid van het coronavirus kan erger zijn dan de complottheorieën

De covid-19-pandemie is een desoriënterende, snel bewegende, gevaarlijke crisis die in feite iedereen in de wereld in zijn greep heeft. Zoals zo va...

Ancient Mercury had de juiste dingen voor het leven, verrassend nieuw onderzoek suggereert Ancient Mercury had de juiste dingen voor het leven, verrassend nieuw onderzoek suggereert

Kwik, de planeet die het dichtst bij de zon staat, is een van de laatste plaatsen waar we aan denken bij het overwegen van het potentieel voor l...

3D-printen van voedingsmiddelen met complexe ontwerpen kunnen diners misleiden om minder te eten terwijl ze zich nog vol voelen 3D-printen van voedingsmiddelen met complexe ontwerpen kunnen diners misleiden om minder te eten terwijl ze zich nog vol voelen

De geweldige app voor 3D-printers heeft misschien niets te maken met het snel produceren van complexe onderdelen om de productie te versnellen. 3D-...

Wetenschappers maken een doorbraak naar het in kaart brengen van alle cellen in het menselijk lichaam Wetenschappers maken een doorbraak naar het in kaart brengen van alle cellen in het menselijk lichaam

Onderzoekers over de hele wereld werken aan de bouw van een atlas van alle verschillende cellen in het menselijk lichaam. Een team in China heeft z...

Hoe kan Covid-19 ervoor zorgen dat iemand zijn reukvermogen verliest? Hoe kan Covid-19 ervoor zorgen dat iemand zijn reukvermogen verliest?

Begin maart kwam de 27-jarige Isabella uit Californië Rosa begon symptomen te krijgen die ze een paar maanden geleden als een typische griep zou h...

Man sterft, vrouw kritisch van chloroquine na het horen van Trump Tout onbewezen behandeling met Covid-19 Man sterft, vrouw kritisch van chloroquine na het horen van Trump Tout onbewezen behandeling met Covid-19

Een man uit Arizona is overleden en zijn vrouw verkeert in kritieke toestand na het luisteren Donald Trump anti-malariamedicijn chloroquine prom...

Kunnen geneesmiddelen tegen malaria, hiv en ebola Covid-19 behandelen?  Nieuwe WHO-proef probeert uit te vinden Kunnen geneesmiddelen tegen malaria, hiv en ebola Covid-19 behandelen? Nieuwe WHO-proef probeert uit te vinden

De Wereldgezondheidsorganisatie lanceert een multinationale klinische proef waarbij er vier bestaan geneesmiddelen zullen worden gebruikt om patië...

De handelsadviseur van Trump duwt de 'Koop Amerikaanse' order voor drugs, medische benodigdheden tijdens pandemie De handelsadviseur van Trump duwt de 'Koop Amerikaanse' order voor drugs, medische benodigdheden tijdens pandemie

Handelsadviseur van het Witte Huis en aartsbeschermende ideoloog Peter Navarro probeert koop-Amerikaanse bepalingen op te nemen in het coronavirushu...

Language