Od ponad dekady neurobiolog Grégoire Courtine co kilka miesięcy lata ze swojego laboratorium w Szwajcarskim Instytucie Technologicznym w Lozannie do innego laboratorium, położonego w Pekinie w Chinach, gdzie na małpach prowadzi badania, których celem jest wyleczenie obrażeń rdzenia kręgowego.

Podróże te są wyczerpujące – zdarzało się, że leciał on do Pekinu, przeprowadzał eksperymenty i jeszcze tego samego dnia wracał do Europy. Ale warto to robić, podkreśla Courtine, ponieważ praca z małpami w Chinach jest mniej obciążona przepisami, niż ma to miejsce w Europie czy Stanach Zjednoczonych. W ubiegłym tygodniu wraz ze swoim zespołem podał wyniki eksperymentów przeprowadzonych w Pekinie, podczas których bezprzewodowy implant mózgowy – stymulujący elektrody w nodze przez odtwarzanie sygnałów zapisanych w mózgu – umożliwił poruszanie się małpom z uszkodzonym rdzeniem kręgowym.   

„Udowodnili, że zwierzęta mogą odzyskać nie tylko skoordynowane, ale również podlegające obciążeniu funkcje, co jest istotne w przypadku poruszania się. To doskonałe osiągnięcie”, powiedział Gaurav Sharma, neurobiolog, który pracował nad przywróceniem ruchu ramion u sparaliżowanych pacjentów w organizacji badawczej typu non-profit Battelle Memorial Institute w Columbus, w stanie Ohio.

Leczenie to jest potencjalnym błogosławieństwem dla unieruchomionych pacjentów: Courtine już rozpoczął próby w Szwajcarii, posługując się oszczędniejszą wersją technologii w przypadku dwóch osób z uszkodzonym rdzeniem kręgowym.

„Badania te pomagają wytyczać nowe ekscytujące ścieżki w badaniach klinicznych i nowe opcje leczenia bioelektronicznego w przypadku sparaliżowanych pacjentów”, powiedział bioinżynier Chad Bouton, który pracuje nad uwolnieniami medycznymi służącymi do obchodzenia uszkodzeń rdzenia kręgowego w Feinstein Institute for Medical Research w Manhasset, w stanie Nowy Jork.

Od szczurów do naczelnych

Eksperymenty te są raczej postępem, niż nagłym przełomem: opierają się na dziesięcioleciu prac ze szczurami, powiedział Courtine, ale małpy reagują w bardzo zbliżony sposób. Zespół dokonał w pierwszej kolejności mapowania sposobu przesyłania sygnałów elektrycznych z mózgu do mięśni nóg u zdrowych małp, które chodziły na bieżni. Zbadano również dolny odcinek kręgosłupa, gdzie sygnały elektryczne z mózgu pojawiają się przed ich przekazaniem do mięśni nóg. Następnie odtworzono te sygnały u małp z przerwanym rdzeniem kręgowym, koncentrując się na określonych kluczowych punktach w dolnej części kręgosłupa. 

Szeregi mikroelektrod umieszczone w mózgu sparaliżowanych małp pobrały i zdekodowały sygnały przed ich powiązaniem z ruchem nóg. Sygnały te zostały przesłane bezprzewodowo do urządzeń generujących impulsy elektryczne w dolnej części kręgosłupa, co sprawiło, że nogi małp zaczęły się poruszać.

„Cały zespół wykrzykiwał w pomieszczeniu”, wspomniał Courtine, który był świadkiem wielu zakończonych niepowodzeniem eksperymentów nad przywróceniem możliwości chodzenia. Rytm ruchu nóg był niedoskonały, ale stopy małp nie były wleczone i ruch okazał się wystarczająco skoordynowany, aby utrzymać ciężar naczelnych.

Bezprzewodowy implant pomija uszkodzenia rdzenia kręgowego u małp, umożliwiając im poruszanie nogami.

Naukowcy skorzystali wcześniej z technologii odczytów z mózgu w celu umożliwienia sparaliżowanym osobom poruszania cybernetycznym ramieniem, nalewania sobie czegoś do picia czy poruszania dłonią i grania w grę wideo. Sygnały z mózgu związane z aktywacją mięśni w sparaliżowanej nodze są mniej złożone, niż te, które zawiadują ręką i wszystkimi jej palcami, wyjaśnił Courtine. Ale naukowcy badający ruch ramion i dłoni mają tę przewagę, że nawet ułamkowe poprawy są przydatne.

„Niewielka poprawa w możliwości chwytania zmienia jakość życia, natomiast >niemal chodzenie< zbyt wiele nie pomaga”, powiedział Courtine. „W przypadku nóg mówimy o wszystkim albo o niczym”.  Obecnie pracuje on z małpami w celu wypróbowania lepszej kontroli mięśni nóg, aby naczelne nie tylko utrzymywały swój własny ciężar, ale również równowagę i unikały przeszkód.

Zastosowania u ludzi

Osiągnięcie tego samego w przypadku ludzi będzie dużo bardziej złożone, wyjaśnił Courtine: dekodowanie mózgu jest dużo bardziej skomplikowane. Badania naczelnych, na przykład, opierały się na zastosowaniu aktywności elektrycznej rejestrowanej z rdzenia kręgowego przed uszkodzeniem i jego „odtworzenie” w celu przywrócenia ruchu, zauważył Bouton. „To podejście, które nie będzie praktyczne po rzeczywistym uszkodzeniu rdzenia kręgowego”, dodał.

Ponadto Sharma twierdzi, że dalsze badania będą musiały uwzględniać inne elementy chodzenia. Rytmiczna koordynacja chodu, przykładowo – której małpy nie potrafią zademonstrować – jest kontrolowana przez inną grupę neuronów. Urządzenia umożliwiające uruchomienie ruchu u sparaliżowanego pacjenta powinna w idealnych warunkach obejmować interfejsy mózg-komputer, stymulację elektryczną aktywacji mięśni, przypominające egzoszkielet urządzenie pomagające utrzymać obciążenie oraz bardziej inteligentne przetwarzanie elektryczne zapewniające kontrolę chodu, wyjaśnił.

Źródło: http://www.nature.com/news/brain-implants-allow-paralysed-monkeys-to-walk-1.20967