Tehnologia medicală a cunoscut o perioadă înfloritoare în ultimele decenii. Protezele neuronale implantate în creier permit pacienţilor cu amputaţii sau paralizie să îşi controleze membrele robotice. Gesturile umane nu pot fi reproduse în totalitate, neuroprotezele actuale producând mişcări întârziate şi sacadate.
Erik Sorto a fost împuşcat în urmă cu 13 ani şi a rămas paralizat. Datorită progresului remarcabil în domeniul medical şi ştiinţific, el a fost capabil să bea independent o bere pentru prima dată în mai mult de un deceniu. Şansa unui om paralizat de a savura o bere a demonstrat capacitatea de a controla activitatea exactă a neuronilor prin intermediul gândurilor.
Cortexul cerebral (scoarţa cerebrală) este zona cea mai dezvoltată a segmentului cerebral şi este format în mare parte din corpi celulari şi fibre amielinice. Toţi analizatorii (sisteme cu rol de recepţionare, conducere şi transformare în senzaţii specifice excitaţiile primite din mediul extern sau intern) proiectează informaţiile pe ariile corticale specifice. În aceste condiţii, receptorul este membrul robotic. Mişcările corpului (răspunsurile motorii) sunt controlate de aria motorie, fiind localizată în partea anterioară a scizurii centrale şi controlând mişcările voluntare. Secvenţa de procesare a informaţiei este inversă :
a) Cortexul prefrontal (multimodal) – intenţia miscarii
b)Cortexul premotor (unimodal) – planificarea mișcării
c)Cortexul motor – execuţia miscarii
Ca o scurtă precizare, în zonele primare ale capătului cortical există matricele interpretative care decodifică informaţia fixată în neurograme.
De exemplu, procesul perceperii unui obiect urmat de mişcarea mâinii începe cu un semnal vizual, fiind primul prelucrat în ariile vizuale ale cortexului cerebral. Semnalul este transmis către o zonă cognitivă superioară cunoscută sub numele de cortexul posterior parietal (PPC). Aici, se realizează intenţia mişcării şi este transmisă cortexului motor prin măduva spinării, apoi către membre unde se execută mişcarea propriu-zisă.
Leziunile produse la nivelul măduvei spinării pot provoca tetraplegie deoarece semnalele de mişcare nu ajung la braţe şi picioare. Ca soluţie, neuroprotezele utilizează electrozi pentru a detecta şi întregistra semnalele mişcărilor la ultima lor oprire înainte de a fi reperate de măduva spinării : cortexul motor.
Semnalul înregistrat este condus prin fasciculi către un computer, unde se transformă în instrucţii pentru membrul robotic. Cortexul motor normal controlează un număr ridicat de muşchi, de aceea semnalul tinde a fi detaliat şi specific.
În elaborarea acestui studiu clinic, conceput pentru a testa siguranţa şi eficacitatea noii abordări, a fost necesară contribuţia echipei de reabilitare, echipei Caltech şi chirurgilor de la Keck Medicine of USC. Chirurgii au implantat o pereche de matrice cu electrozi în două părţi ale PPC-ului pacientului tetraplegic. Fiecare matrice conţine 96 de electrozi activi, care la rândul lor înregistrează activitatea unui singur neuron din PPC. Matricele sunt conectate printr-un cablu la un sistem de calculatoare ce procesează semnalele, decodificând intenţia subiectului şi controlând dispozitivele de ieşire (un cursor şi un braţ robotic dezvoltat de colaboratorii universităţii Johns Hopkins)
După perioada de recuperare, pacientul a fost instruit pentru a controla cursorul computerului şi braţul robotic prin intermediul gândirii. Odată încheiat intervalul de training, cercetătorii au atins obiectivul propus : mişcarea intuitivă a braţului robotic.
În prezent se lucrează la o strategie care ar permite pacienţilor să efectueze mişcări fluide, similare cu cele produse de membrele umane. Capacitatea de a furniza feedback-uri senzoriale distincte de la braţul robotic la creier este cheia către succes.
