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#Tendances produits
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La pensée commande le bras robotique
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Paralysé du cou vers le bas après la souffrance d'une blessure par balle quand il avait 21 ans, Erik G. Sorto maintenant peut déplacer un bras robotique juste en pensant cela et en employant son imagination.
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Par une collaboration clinique entre Caltech, médecine de Keck d'USC et centre de réhabilitation national de Rancho Los Amigos, le Sorto maintenant de 34 ans est la première personne au monde pour avoir un dispositif prosthétique neural implanté dans une région du cerveau où des intentions sont faites, lui donnant la capacité d'exécuter un geste liquide de poignée de main, boit une boisson, et joue même la « roche, papier, ciseaux, » utilisant un bras robotique.
Les dispositifs prosthétiques neuraux implantés au centre du mouvement du cerveau, le cortex moteur, peuvent permettre à des patients présentant la paralysie de commander le mouvement d'un membre robotique. Cependant, mouvement actuel de produit de neuroprosthetics qui est retardé et saccadé-non les gestes doux et apparemment automatiques liés au mouvement naturel. Maintenant, en implantant le neuroprosthetics dans une partie du cerveau qui commande pas le mouvement directement mais plutôt notre intention pour se déplacer, les chercheurs de Caltech ont développé une manière de produire des mouvements plus naturels et plus liquides.
A conçu pour examiner la sécurité et l'efficacité de cette nouvelle approche, le test clinique a été menée par l'investigateur principal Richard Andersen, James G. Boswell Professor de la neurologie chez Caltech, neurochirurgien Charles Y. Liu, professeur de chirurgie neurologique, de neurologie, et de génie biomédical à USC, et de neurologue Mindy Aisen, médecin-chef à Rancho Los Amigos.
Andersen et ses collègues ont voulu améliorer la polyvalence du mouvement qui une offre neuroprosthetic de boîte aux patients en enregistrant des signaux d'une région différente de cerveau autre que le cortex moteur, c.-à-d., le cortex pariétal postérieur (PPC), un secteur cognitif de haut niveau. Dans des études des animaux plus tôt, le laboratoire d'Andersen a constaté que c'est ici, dans le PPC, que l'intention initiale pour faire un mouvement est formée. Ces intentions sont alors transmises au cortex moteur, par la moelle épinière, et dessus aux bras et aux jambes où le mouvement est exécuté.
« Le PPC est plus tôt dans la voie, ainsi des signaux là davantage sont liés à la planification de mouvement--ce que vous avez l'intention réellement de faire--plutôt que les détails de l'exécution de mouvement, » Andersen dit. « Quand vous déplacez votre bras, vous vraiment ne pensez pas à quels muscles à activer et aux détails du mouvement--comme l'ascenseur le bras, tendent la main, saisissent la tasse, étroitement la main autour de la tasse, et ainsi de suite. Au lieu de cela, vous pensez au but du mouvement, par exemple, “je veux prendre ce verre d'eau. “Ainsi dans ce procès, nous pouvions avec succès décoder ces intentions réelles, en demandant au sujet d'imaginer simplement le mouvement dans son ensemble, plutôt que le divisant vers le bas en myriade de composants. Nous avons compté qu'il serait plus facile pour des patients employer les signaux du PPC, finalement rendant le procédé de mouvement plus liquide. »
Le dispositif a été chirurgicalement implanté dans le cerveau de Sorto à l'hôpital de Keck d'USC en avril 2013, et il depuis a été formation avec les chercheurs et le personnel de Caltech à Rancho Los Amigos pour commander un curseur d'ordinateur et un bras robotique avec son esprit. Les chercheurs ont vu au juste ce qu'ils espéraient : mouvement intuitif du bras robotique.
Sorto, un père simple de deux qui a été paralysé pendant plus de 10 années, a été captivé des résultats rapides : « J'ai été étonné à quel point il facile était [pour commander le bras robotique], » il dit. « Je me rappelle d'avoir juste cette expérience de -de-corps, et j'ai voulu courir juste autour et top-là tout le monde. »
La chirurgie
L'équipe chirurgicale à la médecine de Keck d'USC a exécuté l'implant neuroprosthetic sans précédent dans une chirurgie de cinq heures le 17 avril 2013. Liu et son équipe ont implanté une paire de petites rangées d'électrode dans deux parts du cortex, de celui que les contrôles atteignent et d'un autre pariétaux postérieurs qui commande la prise. Chaque la rangée du millimètre 4 by-4 contient 96 électrodes actives qui, consécutivement, chaque disque l'activité des neurones simples dans le PPC. Les rangées sont reliées par un câble à un système des ordinateurs qui traitent les signaux, pour décoder les appareils de sortie de l'intention et du contrôle du cerveau, tels qu'un curseur d'ordinateur et un bras robotique.
« Ces rangées sont très petites ainsi leur placement doit être particulièrement précis, et il a pris énormément de planification, fonctionnant avec l'équipe de Caltech pour s'assurer nous lui avons obtenu la droite, » dit Liu, qui est également directeur du médecin-chef de centre et d'associé d'USC Neurorestoration à Rancho Los Amigos. « Puisqu'il était la première fois que n'importe qui avait implanté la présente partie de l'esprit humain, tout au sujet de la chirurgie était différent : l'emplacement, le positionnement et comment vous contrôler le matériel. Maintenez dans l'esprit que ce que nous pouvons faire--la capacité d'enregistrer les signaux du cerveau et de les décoder pour déplacer par la suite le bras robotique--dépend en critique de la fonctionnalité de ces rangées, qui est déterminée en grande partie à l'heure de la chirurgie. »
La mission primaire du centre d'USC Neurorestoration est d'accroître des associations pour créer des occasions uniques de traduire des découvertes scientifiques en thérapies efficaces.
« Nous sommes à un point dans la recherche humaine où nous faisons des pas énormes en surmontant beaucoup de maladie neurologique, » dit le neurologue Christianne Heck, professeur agrégé de la neurologie à USC et codirecteur du centre d'USC Neurorestoration. « Ces tests cliniques tôt très importants pourraient fournir à l'espoir pour des patients toutes sortes de problèmes neurologiques qui impliquent la paralysie telle que la course, la lésion cérébrale, le SAL et même la sclérose en plaques. »
La réadaptation
Pendant seize jours après sa chirurgie d'implant, Sorto a commencé ses stages de formation au centre de réhabilitation national de Rancho Los Amigos, où un ordinateur a été attaché directement aux ports s'étendant de son crâne, pour communiquer avec son cerveau. L'équipe de réadaptation d'ergothérapistes qui se spécialisent en aidant des patients pour s'adapter à la perte de fonction dans leurs membres supérieurs et la « nouvelle conception » les patients de manière font des tâches avec la fonction qu'elles ont laissée, ont travaillé avec Sorto et l'équipe de Caltech quotidiennement pour aider Sorto à visualiser ce qu'il serait similaire pour déplacer son bras encore.
« C'était une grande surprise que le patient pouvait commander le membre sur l'one¬¬¬ de jour--le tout premier jour il a essayé, » Andersen dit. « Ceci certifie à combien intuitif le contrôle est quand utilisant l'activité de PPC. »
Bien qu'il ait pu se déplacer immédiatement le bras de robot avec ses pensées, après des semaines de l'imagination, Sorto a raffiné son contrôle du bras. Maintenant, Sorto peut exécuter des tâches avancées avec son esprit, tel que commander un curseur d'ordinateur ; boire d'une boisson ; fabrication d'un geste de poignée de main ; et effectuant de diverses tâches avec le bras robotique.
Aisen, le médecin-chef à Rancho Los Amigos qui a mené l'équipe de la réadaptation de l'étude, indique que des avancements en prosthétique comme des ces promesse de prise pour l'avenir de la réadaptation patiente.
« Nous à Rancho sommes consacrés à la réadaptation de avancement et à la restauration de la fonction neurologique par les nouvelles technologies, qui peuvent être assistive ou peuvent favoriser la récupération par le profit de la plasticité innée du système nerveux humain, » dit Aisen, aussi un professeur clinique de la neurologie à l'École de Médecine de Keck d'USC. « Cette recherche est appropriée au rôle des interfaces de robotique et de cerveau-machine en tant que dispositifs assistive, mais parle également à la capacité du cerveau d'apprendre à fonctionner de nouvelles manières. Nous avons créé un environnement unique qui peut sans problème rassembler la réadaptation, la médecine, et la science comme exemplifié dans cette étude. »
Sorto s'est connecté pour continuer de travailler au projet pendant une troisième année. Il dit que l'étude l'a inspiré continuer son éducation et poursuivre une maîtrise dans le travail social.
« Cette étude a été très signicative à moi, » dit Sorto. « Autant que le projet a eu besoin de moi, j'a eu besoin du projet. Il me donne le grand plaisir de faire partie de la solution pour améliorer les vies des patients paralysés. Je plaisante autour avec les types qui je veux que puissent boire de ma propre bière--pour pouvoir prendre une boisson à mon propre rythme, quand je veux prendre une petite gorgée hors de ma bière et ne dois pas demander à quelqu'un de me la donner. Je manque vraiment cette indépendance. Je pense que s'il étaient assez sûr, j'aurais plaisir vraiment à me toiletter--rasage, se brossant les propres dents. Ce serait fantastique. »
« La compréhension meilleure du PPC aidera les chercheurs à améliorer les dispositifs neuroprosthetic de l'avenir, » Andersen dit. « Ce qui nous avons ici est une fenêtre unique dans le fonctionnement d'un secteur de haut niveau complexe de cerveau, car nous travaillons en collaboration avec nos sujets pour perfectionner leur compétence dans des périphériques externes de contrôle. »