Infomalangraya.com –
eer tahun, lebih dari satu juta orang di Amerika Utara menderita beberapa bentuk cedera tulang belakang (SCI), dengan biaya tahunan lebih dari $7 miliar untuk merawat dan merehabilitasi pasien tersebut. Komunitas medis telah membuat kemajuan luar biasa dalam mengurangi, jika tidak membalikkan, efek kelumpuhan dalam seperempat abad terakhir termasuk kemajuan dalam farmakologi, teknologi sel punca, neuromodulasi, dan prostetik eksternal. Stimulasi listrik pada sumsum tulang belakang telah menunjukkan hasil yang sangat menjanjikan dalam membantu rehabilitasi pasien cedera tulang belakang, meningkatkan tidak hanya fungsi ekstremitas tetapi juga spastisitas, kontrol kandung kemih dan tekanan darah. Sekarang, dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Alam Selasa, startup terapi SCI Onward Medical, mengumumkan bahwa mereka telah membantu meningkatkan gaya berjalan pria yang sebelumnya lumpuh melalui penggunaan antarmuka komputer otak implan (BCI) dan “jembatan digital” baru yang membentang di celah di mana tulang belakang terputus.
Kami telah menyetrum tulang belakang pasien lumpuh dengan sentakan bertegangan rendah sebagai bagian dari rehabilitasi fisik mereka selama bertahun-tahun dalam proses yang dikenal sebagai Functional Electrical Stimulation (FES). Elektroda ditempatkan langsung di atas saraf yang ingin mereka nyalakan – secara eksternal melewati jalur saraf mereka sendiri yang terganggu – dan, ketika diaktifkan, menyebabkan saraf di bawahnya menyala dan otot mereka berkontraksi. Para peneliti telah menggunakan metode ini untuk mengembalikan gerakan tangan dan lengan pada beberapa pasien, kemampuan untuk berdiri dan berjalan pada orang lain dan, untuk beberapa orang yang beruntung, exosuit! Namun, gerakan anggota badan yang dihasilkan jelas tidak sopan, menghasilkan gerakan lengan yang lamban dan gaya berjalan yang lebih menyerupai pengocokan.
Penelitian Onward sebelumnya tentang stimulasi listrik epidural menunjukkan bahwa itu efektif untuk menargetkan saraf di punggung bawah yang dapat digunakan untuk memicu otot kaki. Namun terapi pada saat itu terhambat oleh kebutuhan akan sensor gerak yang dapat dipakai, dan oleh, “para peserta… kemampuan yang terbatas untuk menyesuaikan gerakan kaki dengan medan yang berubah dan tuntutan kehendak.” Onward membahas masalah tersebut dalam penelitian hari Selasa dengan memasukkan “jembatan digital ” untuk memantau impuls perintah otak dan mengirimkannya, secara nirkabel dan waktu nyata, ke paket stimulasi yang ditanamkan di punggung bawah pasien.
Dokter telah menggunakan sistem ini selama lebih dari satu dekade untuk membantu meningkatkan kontrol dan fungsi ekstremitas atas setelah SCI – sistem ARC EX milik Onward dirancang untuk melakukan hal itu – meskipun penelitian ini adalah yang pertama menerapkan teori yang sama pada ekstremitas bawah. ekstremitas.
Pasien Onward adalah seorang pria berusia 38 tahun yang menderita “cedera tulang belakang serviks (C5/C6) yang tidak lengkap” satu dekade sebelumnya dan yang telah menjalani program rehabilitasi saraf selama lima bulan dengan “stimulasi listrik epidural yang ditargetkan pada sumsum tulang belakang” pada tahun 2017. “Program ini memungkinkannya mendapatkan kembali kemampuannya untuk melangkah dengan bantuan alat bantu jalan roda depan,” catat tim peneliti dalam Alam belajar. “Meskipun terus menggunakan stimulasi di rumah, selama kurang lebih tiga tahun, dia telah mencapai pemulihan neurologis yang stabil.”
Selain EX, Onward Medical juga telah mengembangkan terapi elektrostimulasi internal, IM ARC. Per perusahaan, itu “dibangun khusus untuk penempatan di sepanjang sumsum tulang belakang untuk merangsang akar dorsal,” untuk membantu meningkatkan pengaturan tekanan darah pasien SCI. Sistem yang digunakan dalam penelitian hari Selasa menggunakan ARC IM sebagai basis dan menggabungkannya dengan antarmuka komputer otak WIMAGINE.
Maju Medis
Tim Onward pertama-tama harus memasang BCI di dalam tengkorak pasien. Secara teknis, itu adalah sepasang implan elektroda 64-timbal, masing-masing dipasang dalam wadah titanium berbentuk lingkaran berukuran 50 milimeter yang duduk rata dengan tengkorak. WIMAGINE “kurang invasif dibandingkan opsi lain sambil menawarkan resolusi yang cukup untuk mengemudi berjalan kaki,” kata Dave Marver, CEO OnwardMedical, kepada Engadget melalui email. “Itu juga memiliki data lima tahun yang menunjukkan stabilitas dalam kejelasan sinyal yang dihasilkan.”
Dua antena eksternal duduk di kulit kepala, yang pertama memberikan daya ke implan melalui sambungan induktif, yang kedua untuk mengirim sinyal ke stasiun pangkalan portabel untuk decoding dan pemrosesan. Sinyal yang diproses kemudian dipancarkan secara nirkabel ke generator pulsa implan ACTIVA RC yang berada di atas daerah lumbal pasien di mana 16 elektroda implan lainnya mengejutkan kelompok saraf yang sesuai untuk menggerakkan kaki mereka. Bersama-sama mereka membentuk sistem Brain Spine Interface (BSI), per Onward.
Seluruh pengaturan dirancang untuk digunakan secara mandiri oleh pasien. Assistive walker menampung semua bit dan bagian BSI sementara antarmuka umpan balik taktil membantu mereka memposisikan headset dengan benar dan mengkalibrasi algoritme prediktif.
Agar BCI dan generator pulsa dapat bekerja sama dengan mulus, Onward memanfaatkan “algoritme multilinear Aksenova/Markov-switching yang menghubungkan sinyal ECoG dengan kontrol parameter stimulasi listrik epidural,” yang tampak begitu jelas di belakang. Pada dasarnya, algoritme ini memprediksi dua hal: probabilitas bahwa pasien berniat untuk menggerakkan sendi tertentu berdasarkan sinyal yang dipantaunya, dan baik amplitudo maupun arah dari gerakan yang dimaksudkan tersebut. Prediksi tersebut kemudian dibuang ke pengontrol analog yang menerjemahkannya menjadi perintah kode yang, pada gilirannya, berputar ke generator pulsa setiap 300 milidetik. Secara keseluruhan, latensi antara pemikiran pasien, “Saya harus berjalan ke sana,” dan sistem yang mendekodekan pemikiran tersebut hanya 1,1 detik.
Mengkalibrasi sistem ke pasien membuktikan proses yang sama cepatnya. Pasien telah menemukan cara untuk “mengaktifkan” otot di pinggul mereka dengan benar untuk menghasilkan torsi yang cukup untuk mengayunkan kaki mereka dalam dua menit pertama percobaan – dan melakukannya dengan akurasi 97 persen. Selama masa rehabilitasi, pasien berhasil mengendalikan gerakan setiap sendi di kaki mereka (pinggul, lutut, dan pergelangan kaki) dengan akurasi rata-rata (BSI melakukan apa yang diinginkan pasien) sekitar 75 persen.
“Hanya setelah 5 menit kalibrasi, BSI mendukung kontrol berkelanjutan atas aktivitas otot fleksor pinggul,” tim melanjutkan, “yang memungkinkan peserta mencapai peningkatan aktivitas otot lima kali lipat dibandingkan dengan upaya tanpa BSI” Sayangnya, keuntungan tersebut terhapus begitu BCI dimatikan, langsung kehilangan kemampuan untuk melangkah, jelas mereka. “Berjalan dilanjutkan segera setelah BSI dihidupkan kembali.”
Berkat prosedur ini, pasien tidak hanya dapat beralih dari berjalan dengan alat bantu jalan roda depan ke kruk – cara berjalan mereka juga meningkat secara signifikan. “Dibandingkan dengan stimulasi saja, BSI memungkinkan berjalan dengan fitur kiprah yang jauh lebih dekat dengan yang terukur pada individu sehat,” tulis tim Onward. Pasien bahkan dapat menggunakan sistem tersebut untuk melintasi medan tak beraspal dengan kruk mereka, suatu prestasi yang secara rutin terbukti berbahaya bagi banyak robot bipedal.
Secara keseluruhan, pasien menjalani 40 sesi rehabilitasi dengan BCI – campuran fisio-rehab standar bersama dengan latihan keseimbangan, jalan, dan gerakan yang didukung BCI. Pasien melihat peningkatan moderat dalam skor sensorik (sentuhan ringan) tetapi peningkatan 10 poin dalam skor WISCI II mereka. WISCI II adalah Indeks Berjalan untuk Cedera Tulang Belakang, skala 21 poin yang mengukur kapasitas rawat jalan pasien mulai dari 20, “dapat bergerak tanpa bantuan,” turun ke 0, “ditunggangi di tempat tidur.” Pasien selanjutnya berubah dari 6 menjadi 16 dengan bantuan terapi ini.
“Karena peserta sebelumnya telah mencapai pemulihan setelah rehabilitasi intensif menggunakan stimulasi sumsum tulang belakang saja, masuk akal untuk berasumsi bahwa BSI memicu reorganisasi jalur saraf yang bertanggung jawab untuk pemulihan neurologis tambahan,” tulis tim Onward. “Hasil ini menunjukkan bahwa membangun hubungan berkelanjutan antara otak dan sumsum tulang belakang mempromosikan reorganisasi jalur saraf residual yang menghubungkan kedua wilayah ini di bawah fisiologis normal.”
Meskipun hasilnya menjanjikan, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Tim Onward berpendapat bahwa iterasi di masa depan akan membutuhkan “miniaturisasi stasiun pangkalan, unit komputasi, dan antena yang tidak terlalu mencolok”, throughput data yang lebih cepat, “parameter stimulasi serbaguna, kontrol nirkabel langsung dari unit komputasi yang dapat dikenakan”, dan “sirkuit terpadu berdaya rendah tunggal menanamkan prosesor neuromorfik dengan kemampuan kalibrasi diri yang secara mandiri menerjemahkan aktivitas kortikal menjadi pembaruan program stimulasi.”
Terlepas dari tantangan teknis yang menakutkan, “sistem BCI dijelaskan pada hari Selasa Alam publikasi dapat mencapai pasar dalam lima hingga tujuh tahun, ”prediksi Marvel. “Adalah mungkin dan realistis bahwa terapi stimulasi sumsum tulang belakang dengan penambahan BCI akan ada di pasaran pada akhir dekade ini.”
Semua produk yang direkomendasikan oleh Engadget dipilih oleh tim editorial kami, terlepas dari perusahaan induk kami. Beberapa cerita kami menyertakan tautan afiliasi. Jika Anda membeli sesuatu melalui salah satu tautan ini, kami dapat memperoleh komisi afiliasi. Semua harga adalah benar pada saat penerbitan.