Gelähmter Affe Steuert Den Arm Über Das Gehirn

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Eine künstliche verbindung zwischen dem gehirn eines affen und dem rückenmark ermöglichte es dem tier, die kontrolle über seine armmuskeln wiederzuerlangen.

Ein Affe, der durch eine Rückenmarksverletzung teilweise gelähmt ist, konnte seinen Arm mithilfe einer externen Verbindung zwischen Gehirn und Rückenmark kontrollieren, wie eine neue Studie zeigt.

Selbst nach einer Rückenmarksverletzung oder einem Schlaganfall kann die Verdrahtung des Nervensystems über und unter der Verletzung intakt bleiben. Vor diesem Hintergrund haben die Forscher eine künstliche elektrische Verbindung zwischen dem Gehirn des verletzten Affen und einem Bereich unter dem beschädigten Teil seines Rückenmarks hergestellt. Dies ermöglichte es dem Tier, neurale Signale an sein Rückenmark zu senden, um seine Armmuskeln zu aktivieren. Die Ergebnisse wurden am Donnerstag (11. April) in der Zeitschrift Frontiers in Neural Circuits online veröffentlicht.

"In ferner Zukunft ist es denkbar, dass man viele Signale im Gehirn des Gehirns erhält, um viele Stimulationen an verschiedenen Stellen der Wirbelsäule auszulösen, und anfängt, einige grundlegende Funktionen wie Griff und Bewegung wiederherzustellen", untersuchte Eberhard Fetz, a Neurowissenschaftler an der Universität von Washington in Seattle, erzählte WordsSideKick.com. Fetz fügte hinzu, dass die Technologie noch weit entfernt sei. [Im Gehirn: Eine Foto-Reise durch die Zeit]

Einen Affen anschließen

Frühere Studien haben gezeigt, dass Affen Gehirnsignale verwenden können, um die elektrische Stimulation von Muskeln zu steuern, die vorübergehend gelähmt waren. Durch die Stimulierung der Muskeln werden sie jedoch schnell ermüdet. In der neuen Studie stimulierten die Forscher die Wirbelsäule anstelle der Muskeln, in der Hoffnung, eine koordiniertere, natürliche Bewegung eines Makakenaffen mit einer Läsion des oberen Rückenmarks wieder herzustellen. Diese Läsion lähmte teilweise einen Oberarm und machte den Affen unfähig, seine Finger unabhängig voneinander zu bewegen.

Die Forscher implantierten chirurgisch Elektroden in den motorischen Kortex und den Prämotorenkortex des Gehirns des Affen, in Bereichen, die die Bewegungen von Arm und Hand steuern. Sie implantierten auch Elektroden im Rückenmark des Affen.

Der Macaque wurde trainiert, um einen Cursor auf einem Computerbildschirm zu bewegen, indem er seine Handgelenksmuskeln bewegte. Später wurde das Tier trainiert, den Cursor mit seinen Gedanken allein zu bewegen, und zwar über Signale, die von den Elektroden im Gehirn aufgezeichnet wurden. Im Gegensatz zu einigen früheren Studien, die einzelne Neuronen aufzeichneten, zeichnete diese Studie die kombinierte Aktivität von Neuronengruppen auf.

Das Handgelenk beugen

Durch die Verwendung der vom Gehirn aufgezeichneten Signale zur Steuerung der elektrischen Stimulation des Rückenmarks haben die Forscher eine künstliche Brücke zwischen den beiden Bereichen geschaffen. Der Affe konnte mit dieser Brücke seine Handgelenkmuskeln erfolgreich bewegen, um den Computercursor anzutreiben.

Bei einem Affen mit einer Rückenmarksverletzung filtert eine künstliche Verbindung Gehirnsignale, die einen Stimulator aktivieren, der Impulse an das Rückenmark sendet, um den Arm des Tieres zu kontrollieren.

Bei einem Affen mit einer Rückenmarksverletzung filtert eine künstliche Verbindung Gehirnsignale, die einen Stimulator aktivieren, der Impulse an das Rückenmark sendet, um den Arm des Tieres zu kontrollieren.

Quelle: Ursprüngliche Veröffentlichung in Nishimura Y, Perlmutter S und Fetz E (2013) Wiederherstellung der Bewegung der oberen Extremitäten durch künstliche kortikospinale und muskulospinale Verbindungen bei einem Affen mit Rückenmarksverletzung. Neuronale Schaltungen 7:57. doi: 10.3389 / fncir

Als Nächstes nahmen die Forscher die schwachen elektrischen Signale von den Muskeln im teilweise gelähmten Arm des Affen auf und führten sie zurück in das Rückenmark, wodurch eine sich selbst verstärkende Schleife gebildet wurde.

Obwohl diese Befunde nur bei einem Affen waren, deuten sie an, dass künstliche Verbindungen zwischen Gehirn und Rückenmark die Kontrolle der Gliedmaßen nach einer Schädigung des Rückenmarks wiederherstellen könnten, sagte Fetz. Es hänge von der Art der Verletzung und der Menge an Kontrolle ab, die diese Methode erreichen könne, sagte er. Es ist jedoch ein Beweis für das Funktionieren einer solchen Verbindung zwischen Gehirn und Rückenmark.

"Es ist ein kleiner Schritt, aber sicherlich ein Schritt in die richtige Richtung", sagte der Neurowissenschaftler Lee Miller von der Northwestern University, der nicht an der Studie beteiligt war. Die Bewegungen, die gezeigt werden, sind sehr einfach, sagte Miller, aber "letztendlich kann die Rückenmarkstimulation vielversprechend sein."

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