Interferencja mózg-rdzeń kręgowy w odzyskiwaniu zdolności chodzenia

Uszkodzeniu rdzenia kręgowego powoduje gwałtowne odcięcie ośrodkowego układu nerwowego od ciała. Niedawno ukończone badanie miało na celu opracowanie platformy neuroprostetycznej, aby selektywnie stymulować rdzeń kręgowy zgodnie z intencjami ruchowymi pacjenta.

Finansowany przez UE projekt E-WALK (Spinal cord rehabilitation enhanced by the use of data-driven and dynamic cortical state models) pozwolił przekładać intencję na ruch. Uczestnicy projektu zaprojektowali, skonstruowali i ocenili pierwszy system BSI u naczelnych niebędących ludźmi, aby modulować zwoje lokomotoryczne poprzez sterowaną przez mózg, zewnątrzoponową stymulację elektryczną.

Trzem makakom rezus wszczepiono do kory mózgowej implanty z mikromacierzy elektrodowej, wielokanałowy układ elektromiograficzny (EMG) i wieloelektrodową macierz zewnątrzoponową ESCS, umieszczoną nad lędźwiowym rdzeniem kręgowym. Implanty miały moduły do bezprzewodowego transferu danych, co umożliwiło symultaniczną, szerokopasmową rejestrację danych neuronalnych i sygnałów EMG o wysokiej jakości. Zarejestrowane, zsynchronizowane i zdigitalizowane sygnały neuronalne i EMG wykorzystano do przewidywania stanu chodu i inicjowania protokołów stymulacji.

W czasie rzeczywistym algorytm liniowej analizy różnicowej pozwalał przewidywać uniesienie i opuszczenie stopy. Programator stymulacji zamocowany na grzbiecie makaka otrzymywał polecenia poprzez Bluetooth i przekazywał je do wszczepionego stymulatora poprzez wiązkę podczerwieni. Stymulator przekazywał impulsy do macierzy ESCS, aby stymulować rdzeń kręgowy, co powodowało zgięcie lub wyprost prawej kończyny dolnej. Taka synchroniczna stymulacja fazowa zwiększała aktywność mięśni podczas faz chodu z nogą w powietrzu lub na ziemi. Proces poprawiał zdolności do przemieszczania się bez zaburzania naturalnej, rytmicznej przemienności ruchu. Szacuje się, że opóźnienie stymulacji podczas prognozowania wynosiło 192 ms.

Uzyskane wyniki znacząco przyspieszą tworzenie neuroprotez na bazie ESCS, które pozwolą odzyskać zdolność przemieszczania się osobom z porażeniem.