La includerea în studiu, bărbatul își putea ridica foarte puțin brațele de pe suporturile scaunului rulant. Nu își putea duce mâinile la față, nu putea ține obiecte și nu simțea atingerea la nivelul mâinilor și al încheieturilor.
În urma unei intervenții neurochirurgicale care a durat 15 ore, medicii au implantat în creierul participantului cinci rețele de microelectrozi. Sistemul a înregistrat activitatea cortexului motor și senzorial, iar algoritmii de inteligență artificială (AI) au identificat intențiile de mișcare cu o acuratețe de până la 84,6%. Performanța s-a menținut timp de cinci luni, fără recalibrarea algoritmilor.
Cercetătorii au implantat, potrivit News.ro, două rețele de microelectrozi în cortexul motor primar, regiunea cerebrală care coordonează mișcarea. Alte trei rețele au fost amplasate în cortexul somatosenzorial primar, zona care primește și interpretează informațiile tactile.
Semnalele cerebrale asociate intenției de mișcare au fost analizate cu ajutorul unor algoritmi de inteligență artificială. Sistemul a folosit aceste informații pentru a stimula electric măduva spinării și mușchii antebrațului. Astfel, intenția bărbatului de a deschide sau închide mâna a fost transformată în mișcare.
Pentru redarea senzației de atingere, cercetătorii au montat senzori de presiune în palmă și într-o orteză realizată special pentru mâna dreaptă. Informațiile captate de senzori au fost transmise prin stimulare electrică către cortexul somatosenzorial. Participantul a pututastfel să perceapă momentul în care atingea sau strângea un obiect.
În prima etapă, stimularea electrică a măduvei spinării a crescut forța de flexie a coatelor. După aproximativ 35 de săptămâni, forța brațului drept crescuse cu 86%, iar cea a brațului stâng cu 62%, comparativ cu valorile inițiale. Bărbatul a reușit ulterior să își ducă ambele mâini la față.
Stimularea măduvei spinării nu a fost suficientă pentru restabilirea controlului voluntar asupra degetelor. De asemenea, această intervenție nu a îmbunătățit sensibilitatea mâinii și a încheieturii. Pentru aceste funcții a fost necesară utilizarea întregului sistem neuroprotetic.
Cu ajutorul implanturilor cerebrale, al stimulării musculare și al ortezei, participantul a putut să deschidă și să închidă mâna dreaptă. Bărbatul a reușit să ridice o cană și să bea singur. De asemenea, și-a putut duce mâncarea la gură și a controlat forța cu care prindea obiecte fragile.
Într-unul dintre teste, participantul a trebuit să prindă și să ridice o coajă goală de ou fără să o vadă. Cercetătorii au blocat vederea participantului pentru a evalua dacă acesta putea recunoaște, exclusiv prin senzația transmisă de implant, că prinsese în mână coaja goală de ou.
Un algoritm de AI a reglat în timp real forța cu care orteza prindea obiectul, astfel încât acesta să nu fie scăpat sau strivit. Cu ajutorul algoritmului, forța de prindere a fost menținută în limitele stabilite în 87% dintre încercări, comparativ cu 27% atunci când algoritmul nu a fost utilizat. Stimularea cortexului somatosenzorial l-a ajutat să recunoască prezența obiectului în mână și să evite strângerea excesivă.
Sistemul a continuat să identifice intențiile de mișcare timp de peste cinci luni, fără recalibrarea repetată a algoritmului.
Capacitatea sistemului de a interpreta corect și constant intențiile de mișcare este esențială pentru ca tehnologia să poată fi utilizată în viitor și în afara laboratorului.
Cercetătorii au observat și o îmbunătățire a sensibilității la nivelul încheieturii mâinii. Aceasta s-a menținut mai mult de două luni după oprirea intervenției. Potrivit autorilor, persistența efectului sugerează că stimularea repetată ar putea favoriza neuroplasticitatea, capacitatea sistemului nervos de a forma sau consolida conexiuni neuronale.
„Nu urmărim doar să ocolim leziunea, ci să ajutăm sistemul nervos să își refacă legăturile”, a explicat Chad Bouton, specialist în inginerie biomedicală și profesor la Institutul de Medicină Bioelectronică din cadrul Feinstein Institutes, autorul corespondent al studiului.
Rezultatele trebuie însă interpretate cu prudență. Sistemul a fost evaluat la un singur participant și necesită echipamente specializate, implanturi cerebrale și personal instruit, și nu este disponibil pentru utilizare medicală curentă.
Echipa intenționează să testeze tehnologia pe mai multe persoane, cu leziuni diferite ale măduvei spinării. Studiile viitoare trebuie să stabilească dacă beneficiile pot fi reproduse și în ce măsură sistemul poate fi simplificat pentru utilizarea în afara centrelor de cercetare.
Rezultatele complete ale studiului clinic, desfășurat pe parcursul a peste trei ani, au fost publicate joi, în revista Nature Medicine.
Studiul arată cum noul sistem hibrid de interfață creier–computer combină această tehnologie cu inteligența artificială și stimularea electrică de mare precizie a creierului și măduvei spinării. Scopul este refacerea conexiunilor sistemului nervos pentru restabilirea funcției mâinii la o persoană cu paralizie a brațelor și picioarelor cauzată de o leziune completă a măduvei spinării.
