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El pensamiento controla el brazo robótico

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Paralizado del cuello abajo después de sufrir una herida de bala cuando él era 21, Erik G. Sorto ahora puede mover un brazo robótico apenas pensando en él y usando su imaginación.

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Con una colaboración clínica entre Caltech, la medicina de Keck de USC y el centro de rehabilitación nacional de los amigos de Rancho Los, el Sorto ahora de 34 años es la primera persona en el mundo tener un dispositivo prostético de los nervios implantado en una región del cerebro donde se hacen las intenciones, dándole la capacidad de realizar un gesto flúido del apretón de manos, bebe una bebida, e incluso juega la “roca, papel, tijeras,” usando un brazo robótico.

Los dispositivos prostéticos de los nervios implantados en el centro del movimiento del cerebro, la corteza de motor, pueden permitir que los pacientes con parálisis controlen el movimiento de un miembro robótico. Sin embargo, movimiento actual de la producción del neuroprosthetics que es retrasado y desigual-no los gestos lisos y aparentemente automáticos asociados al movimiento natural. Ahora, implantando neuroprosthetics en una parte del cerebro que controla no el movimiento directamente pero bastante nuestro intento para moverse, los investigadores de Caltech han desarrollado una manera de producir movimientos más naturales y más flúidos.

Diseñó probar la seguridad y la eficacia de este nuevo acercamiento, el ensayo clínico fue llevada por el investigador principal Richard Andersen, James G. Boswell Professor de la neurología en Caltech, neurocirujano Charles Y. Liu, profesor de la cirugía neurológica, de la neurología, y de la ingeniería biomédica en USC, y del neurólogo Mindy Aisen, director médico en los amigos de Rancho Los.

Andersen y sus colegas quisieron mejorar la flexibilidad del movimiento que una oferta neuroprosthetic de la poder a los pacientes registrando señales de una diversa región del cerebro con excepción de la corteza de motor, es decir, la corteza parietal posterior (PPC), un área cognoscitiva de alto nivel. En estudios animales anteriores, el laboratorio de Andersen encontró que está aquí, en el PPC, que el intento inicial para hacer un movimiento está formado. Estas intenciones entonces se transmiten a la corteza de motor, a través de la médula espinal, y encendido a los brazos y a las piernas donde se ejecuta el movimiento.

“El PPC está anterior en el camino, así que las señales allí se relacionan más con el planeamiento del movimiento--qué usted se prepone realmente hacer--bastante que los detalles de la ejecución del movimiento,” Andersen dice. “Cuando usted se mueve el brazo, usted no piensa realmente en qué músculos a activar y los detalles del movimiento--por ejemplo la elevación el brazo, amplía el brazo, agarra la taza, cerca la mano alrededor de la taza, y así sucesivamente. En lugar, usted piensa en la meta del movimiento, por ejemplo, ‘quiero coger esa taza de agua. ‘Tan en este ensayo, podíamos con éxito descifrar estos intentos reales, pidiendo que el tema se imagine simplemente el movimiento en conjunto, bastante que rompiéndolo abajo en una miríada de componentes. Contábamos con que las señales del PPC fueran más fáciles para que los pacientes utilicen, en última instancia haciendo el proceso del movimiento más flúido.”

El dispositivo fue implantado quirúrgico en el cerebro de Sorto en el hospital de Keck de USC en abril de 2013, y él ha sido desde entonces entrenamiento con los investigadores y el personal de Caltech en los amigos de Rancho Los para controlar un cursor del ordenador y un brazo robótico con su mente. Los investigadores vieron apenas lo que esperaban: movimiento intuitivo del brazo robótico.

Sorto, solo padre de dos quién se ha paralizado por más de 10 años, fue emocionado con los resultados rápidos: “Me sorprendieron en cómo fácil era [controlar el brazo robótico],” él dice. “Recuerdo apenas tener esta experiencia del extracorporal, y yo quise apenas correr alrededor y alto-cinco todos.”

La cirugía

El equipo quirúrgico en la medicina de Keck de USC realizó el implante neuroprosthetic sin precedente en una cirugía de cinco horas el 17 de abril de 2013. Liu y su equipo implantaron un par de pequeños órdenes de electrodo en dos porciones de la corteza, de la que los controles alcanzan y de la otra parietales posteriores que controla la compresión. Por cada uno el arsenal del milímetro 4 by-4 contiene 96 electrodos activos que, a su vez, cada expediente la actividad de solas neuronas en el PPC. Los órdenes son conectados por un cable con un sistema de ordenadores que procesen las señales, para descifrar los dispositivos de salida del intento y del control del cerebro, tales como un cursor del ordenador y un brazo robótico.

“Estos órdenes son muy pequeños así que su colocación tiene que ser excepcionalmente exacta, y tomó una cantidad enorme de planeamiento, trabajando con el equipo de Caltech para asegurarse de nos le conseguimos la derecha,” dice a Liu, que también es director del director médico del centro y del socio de USC Neurorestoration en los amigos de Rancho Los. “Porque era la primera vez que cualquier persona había implantado esta parte del cerebro humano, todo sobre la cirugía era diferente: la ubicación, la colocación y cómo usted manejar el hardware. Tenga presente que cuál podemos hacer--la capacidad de registrar las señales del cerebro y de descifrarlas para mover eventual el brazo robótico--es críticamente dependiente en la función de estos órdenes, que se determina en gran parte a la hora de cirugía.”

La misión primaria del centro de USC Neurorestoration es sociedades de la palancada para crear oportunidades únicas de traducir descubrimientos científicos a terapias eficaces.

“Somos en un punto en la investigación humana donde estamos haciendo pasos grandes enormes en la superación de mucha enfermedad neurológica,” decimos al neurólogo Christianne Heck, profesor adjunto de la neurología en USC y codirector del centro de USC Neurorestoration. “Estos ensayos clínicos tempranos muy importantes podrían proveer de la esperanza para los pacientes toda clase de problemas neurológicos que implican parálisis tal como movimiento, lesión cerebral, ALS e incluso esclerosis múltiple.”

La rehabilitación

Dieciséis días después de su cirugía del implante, Sorto comenzó a sus sesiones de formación en el centro de rehabilitación nacional de los amigos de Rancho Los, donde un ordenador fue atado directamente a los puertos que extendían de su cráneo, para comunicar con su cerebro. El equipo de la rehabilitación de terapeutas profesionales que se especialicen en pacientes de ayuda para adaptarse a la pérdida de función en sus miembros superiores y el “reajuste” los pacientes de la manera hacen tareas con la función que han dejado, que trabajaron con Sorto y el equipo de Caltech diariamente para ayudar a Sorto a visualizar cuál sería similar moverse el brazo otra vez.

“Era una sorpresa grande que el paciente podía controlar el miembro en one¬¬¬ del día--el primer día él intentó,” Andersen dice. “Esto atestigua a cómo intuitivo el control es cuándo usando actividad del PPC.”

Aunque él pudiera moverse inmediatamente el brazo del robot con sus pensamientos, después de semanas de la imaginación, Sorto refinó su control del brazo. Ahora, Sorto puede ejecutar tareas avanzadas con su mente, tal como controlar un cursor del ordenador; consumición de una bebida; fabricación de un gesto del apretón de manos; y realizando diversas tareas con el brazo robótico.

Aisen, el director médico en los amigos de Rancho Los que llevaron al equipo de la rehabilitación del estudio, dice que los adelantos en odontología como estos promesa del control para el futuro de la rehabilitación paciente.

“Nos en Rancho dedican a la rehabilitación de avance y a la restauración de la función neurológica con las nuevas tecnologías, que pueden ser assistive o pueden promover la recuperación capitalizando en la plasticidad natural del sistema nervioso humano,” dice Aisen, también profesor clínico de la neurología en la Facultad de Medicina de Keck de USC. “Esta investigación es relevante al papel de los interfaces de la robótica y de la cerebro-máquina como dispositivos assistive, pero también habla a la capacidad del cerebro de aprender funcionar de nuevas maneras. Hemos creado un ambiente único que puede inconsútil reunir la rehabilitación, la medicina, y la ciencia según lo ejemplificado en este estudio.”

Sorto ha firmado encendido para continuar trabajando en el proyecto por un tercer año. Él dice el estudio le ha inspirado a que continúe su educación y persiga un masters en trabajo social.

“Este estudio ha sido muy significativo a mí,” dice Sorto. “Tanto como el proyecto me necesitó, yo necesitó el proyecto. Me da gran placer de ser parte de la solución para mejorar las vidas de los pacientes paralizados. Bromeo alrededor con los individuos que quisiera que pudieran beber mi propia cerveza--para poder tomar una bebida en mi propio paso, cuando quiero sacar un sorbo de mi cerveza y no tuve que pedir que alguien me la dé. Falto realmente esa independencia. Pienso que si fuera bastante seguro, gozaría realmente el prepararme--el afeitar, cepillando mis propios dientes. Eso sería fantástico.”

“La mejor comprensión del PPC ayudará a los investigadores a mejorar los dispositivos neuroprosthetic del futuro,” Andersen dice. “Qué tenemos aquí está una ventana única en los funcionamientos de un área de alto nivel compleja del cerebro, pues trabajamos colaborativo con nuestros temas para perfeccionar su habilidad en controlar los dispositivos externos.”