UWAGA! Ten serwis używa cookies.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to.

Zrozumiałem
MENU:
Reklama
Jonizator wody Aquator Silver
Jonizator wody Aquator Silver
Facebook
Googleplus
Twitter

Komentarze

Mikroelektrody kory mózgu

Od wielu lat ludzi fascynowały zagadnienia zarówno sztucznej inteligencji, jak i kontrolowania własnymi myślami urządzeń mechanicznych. W przeróżnego rodzaju roboty, androidy lub sztuczne części naszego ciała obfitują takie filmy, jak „Gwiezdne wojny” czy „Star Trek”. Także w niezliczonych pozycjach z literatury oraz kina komputer kontroluje człowieka lub człowiek przenosi się do wirtualnej rzeczywistości. O ile w przypadku samodzielnie myślących maszyn na spodziewane efekty chyba jeszcze długo musimy poczekać, to inżynieria czyni bardzo duże postępy w dziedzinie implantów łączących się z naszym układem nerwowym.

 

Poprzez cały poprzedni wiek rozwój technik stymulacji mózgu odkrył szereg bardzo interesujących aspektów dotyczących tego, jak urządzenia mechaniczne mogą kontrolować czynność bioelektryczną mózgu. Klasycznym przykładem były prezentacje dr. Jose Delgado, który poprzez włączenie stymulatora umieszczonego w odpowiednim miejscu mózgu byka potrafił nagle zatrzymać biegnące zwierzę. Sprawiało to wrażenie kontroli nad zwierzęciem i można było sądzić, że kwestią czasu będzie też pełna kontrola nad wszystkimi czynnościami mózgu tak zwierząt, jak i ludzi. Wystarczy tylko w odpowiedni sposób stymulować wybrane obszary mózgu.

Praktycznym zastosowaniem badań nad wpływem bodźców elektrycznych na mózg są stymulatory stosowane w leczeniu takich patologii, jak: choroba Parkinsona, padaczka, ból czy wybrane zespoły psychiatryczne. Ze względu na złożoność całego mózgu nie jest możliwe kontrolowanie wszystkich jego elementów, natomiast dzięki wiedzy neurofizjologicznej znamy miejsca, których stymulacja może mieć korzystny wpływ na wiele chorób neurologicznych i psychiatrycznych.


Układ nerwowy człowieka stał się układem, którego funkcjonowanie próbuje się odwzorować przy użyciu urządzeń elektronicznych i mechanicznych. Dzięki temu powstała nowa dziedzina nauki – neurobionika. O ile bionika jest nauką zajmującą się analizą i modelowaniem funkcjonowania układów biologicznych w całości, polem zainteresowań neurobioniki jest układ nerwowy.

Najnowsze dokonania w dziedzinie neurofizjologii i neurobioniki umożliwiły stworzenie pierwszych protez zastępujących narządy wzroku. Dzięki takim protezom, w przyszłości będzie można pomóc ludziom, którzy utracili wzrok wskutek urazu aparatu wzrokowego lub w przebiegu chorób oka i mózgu.

Skonstruowano np. elektroniczną siatkówkę, z której sygnały mogą być przesyłane do odpowiedniego odbiornika połączonego z korą wzrokową mózgu lub bezpośrednio do nerwu wzrokowego. Taka sztuczna siatkówka może być elementem sztucznej gałki ocznej, ale nie jest wykluczone, że w przyszłości będzie można ją implantować do gałki ocznej pacjenta. Jak w przypadku wszystkich innych implantów elektronicznych wszczepianych w nasz organizm podstawowym problemem jest użycie materiałów nie reagujących z naszymi tkankami oraz zagwarantowanie wieloletniego źródła zasilania. Tak jak w przypadku bezstykowych ładowarek, np. do elektrycznych szczoteczek do zębów, rozwiązaniem może być tu zewnętrzne źródło – indukując pole magnetyczne, ładuje w ten sposób baterie wewnętrzne procesora. Dla tak złożonej czynności jak widzenie głównym problemem jest stworzenie implantów i procesorów, które generowałyby impulsy elektryczne interpretowane przez nasz mózg jako rzeczywisty obraz. Jak na razie tak jak w przypadku implantów słuchowych wszczepianych do pnia mózgu chory po operacji musi przez wiele miesięcy uczyć się rozpoznawania pewnych nowych wrażeń i korelowania ich z wcześniej wyuczonymi wzorcami.

 

Rozwój technik nieinwazyjnych otworzył szeroko możliwości stosowania modułów pośredniczących między mózgiem a komputerem, co stworzyło możliwości prób nad odwróceniem kontroli. Celem badań prowadzonych na zwierzętach było ustalenie wzorów rejestrowanej czynności mózgu odpowiadających konkretnym ruchom naszego ciała. Znany jest fakt, że każdy dowolny ruch naszych mięśni związany jest z wcześniejszym zwiększeniem aktywności odpowiedniej grupy komórek nerwowych. Najpierw myślimy o danej czynności, a następnie pobudzeniu ulegają wybrane komórki nerwowe mające bezpośrednie połączenia z danymi mięśniami. Równocześnie dezaktywacji innej grupy komórek kory mózgu towarzyszy rozluźnienie mięśni przeciwstawnych (np. mięsień biceps i triceps ramienia). W całości zaplanowanemu ruchowi towarzyszy pewien model wyładowań na powierzchni mózgu. Ten odpowiedni wzór czynności bioelektrycznej mógłby być użyty do kontroli urządzenia mechanicznego, takiego jak np. proteza kończyny, którą chory stracił w wyniku wypadku. Procesor elektroniczny odczytywałby zapis czynności elektrycznej kory mózgu i dzięki wyuczonym modelom wiedziałby, że chory chce w danym momencie chwycić łyżkę. Dzięki odpowiednim procesorom możliwe byłoby precyzyjne sterowanie implantami.

 

Niestety, badania pokazały, że jak na razie techniki nieinwazyjne – przezskórne są zbyt mało dokładne, trzeba więc było powrócić do koncepcji bezpośredniego odczytu funkcji mózgu z jego powierzchni lub nawet z jego głębi. O ile dziesiątki firm na całym świecie opracowują najprzeróżniejsze metody połączenia mózgu z urządzeniami mechanicznymi, to najbardziej wyszukanym i precyzyjnym sposobem jest zestaw mikroelektrod pozwalający na niesłychanie dokładną rejestrację czynności otaczających neuronów mózgu. Zestaw taki składający się z silikonowej płytki i kilkudziesięciu bardzo cienkich elektrod testowany był w aspekcie umożliwienia wybiórczej oceny pracy pojedynczych neuronów. Płytka o boku 4 mm posiadająca 100 elektrod o długości 1,5 mm każda, umieszczana jest w odpowiednim miejscu kory mózgu. Jeśli na przykład chcemy, by chory poprzez procesor poruszał protezą kończyny górnej, umieszczamy płytkę w zakręcie przedśrodkowym przeciwległego płata czołowego mózgu. Komórki nerwowe tej właśnie okolicy mózgu kontrolują ruchy kończyny górnej. Po wykonaniu małej kraniotomii u przytomnego pacjenta, dzięki śródoperacyjnej stymulacji oraz rejestracji zapisu EEG bezpośrednio z powierzchni kory mózgu w połączeniu z wykonywaniem przez chorego odpowiednich poleceń, odnajdujemy precyzyjnie miejsce na powierzchni kory mózgu, w którym reprezentowane są ruchy kończyny górnej. Następnie w miejscu tym kładziemy płytkę i wbijamy elektrody w korę mózgu.

Idealny implant ma mikroskopijnie cienkie elektrody, aby uraz mózgu był jak najmniejszy. Niestety, jak na razie nie jest możliwe całkowite zlikwidowanie ryzyka uszkodzenia mózgu, jakie może być spowodowane przebijaniem opon powierzchni mózgu oraz przechodzeniem elektrod przez mózg. Tym bardziej jest to trudne, że chcąc przekazywać impulsy do dużego obszaru, musimy wprowadzić dziesiątki elektrod.

Dzięki inżynierii materiałowej, postępowi w dziedzinach elektroniki, informatyki oraz neurofizjologii człowiek w niedalekiej przyszłości będzie mógł prawdopodobnie odzyskać sprawność utraconych funkcji układu nerwowego oraz uzyskać pełną sprawność ruchową dzięki protezom narządowym kontrolowanym przez nasze myśli.

 

Dr n. med. Radosław Michalik


Sklep Poradnia.pl poleca

RABAT 5%

Dokonując w sklep.poradnia.pl zamówienia za minimum 100 zł, użyj podanego poniżej kodu rabatowego.

Kod należy wpisać podczas finalizacji zamówienia, w trakcie wyboru sposobu płatności i dostawy, w pole Kod promocyjny (po prawej stronie), a następnie kliknąć w znajdujący się obok przycisk.

Kwota do zapłaty zostanie pomniejszona o 5%.

Kod rabatowy: PORADNIA