एक नया वायरलेस ब्रेन इंप्लांट लकवाग्रस्त बंदरों के चलने में मदद करता है। इंसान आगे रह सकता है।

दो पक्षाघात के मरीज कुछ ही समय में ट्रेडमिल पर उठने और चलने लगे थे। यह प्रभावशाली उपलब्धि एक अभूतपूर्व नई सर्जरी द्वारा संभव हुई, जिसमें शोधकर्ताओं ने रोगियों के मस्तिष्क में वायरलेस उपकरणों को प्रत्यारोपित किया जो उनकी मस्तिष्क गतिविधि को रिकॉर्ड करते थे। तकनीक ने मस्तिष्क को पैरों के साथ संवाद करने की अनुमति दी - टूटी हुई रीढ़ की हड्डी के मार्गों को दरकिनार कर दिया - ताकि रोगी एक बार फिर नियंत्रण हासिल कर सके।

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ये मरीज, यह पता चला है, बंदर थे। लेकिन बंदरों के लिए इस छोटे से कदम से लाखों लकवाग्रस्त मनुष्यों के लिए एक बड़ी छलांग लग सकती है: मानव में उपयोग के लिए पहले से ही एक ही उपकरण को मंजूरी दी गई है, और मनुष्यों में रीढ़ की हड्डी की उत्तेजना विधि के चिकित्सीय प्रभाव का परीक्षण करने के लिए स्विट्जरलैंड में नैदानिक ​​अध्ययन चल रहा है। (ब्रेन इम्प्लांट को घटाता है)। अब जब शोधकर्ताओं के पास एक अवधारणा है, तो इस तरह के वायरलेस न्यूरोटेक्नोलोजी से लकवा ठीक होने का भविष्य बदल सकता है।

क्षतिग्रस्त रीढ़ की हड्डी के मार्गों को ठीक करने की कोशिश करने के बजाय, जो आमतौर पर अंगों को मस्तिष्क के संकेत देते हैं, वैज्ञानिकों ने रिवर्स पक्षाघात के लिए एक अभिनव दृष्टिकोण की कोशिश की: चोट की अड़चन को पूरी तरह से दरकिनार कर दिया। प्रत्यारोपण, मस्तिष्क और पैरों के बीच एक सेतु का काम करता है, जो पैर की गति को निर्देशित करता है और वास्तविक समय में मांसपेशियों की गति को उत्तेजित करता है, स्विट्जरलैंड के École Polytechnique Fédérale de Mausanne (EPFL) के एक शोधकर्ता टोमिस्लाव माइलकोविक कहते हैं। माइलकोविक और सह-लेखक नेचर में बुधवार को प्रकाशित एक नए पेपर में अपने निष्कर्षों की रिपोर्ट करते हैं।

जब मस्तिष्क का तंत्रिका नेटवर्क जानकारी संसाधित करता है, तो यह विशिष्ट संकेत पैदा करता है - जिसे वैज्ञानिकों ने व्याख्या करना सीखा है। प्राइमेट में चलने वाले लोग मोटर कॉर्टेक्स के रूप में जाने वाले डाइम-आकार के क्षेत्र में उत्पन्न होते हैं। एक स्वस्थ व्यक्ति में, संकेत रीढ़ की हड्डी को काठ क्षेत्र तक ले जाते हैं, जहां वे चलने को सक्षम करने के लिए पैर की मांसपेशियों की सक्रियता को निर्देशित करते हैं।

यदि एक दर्दनाक चोट इस कनेक्शन को जब्त कर लेती है, तो एक विषय को लकवा मार जाता है। हालांकि मस्तिष्क अभी भी उचित संकेतों का उत्पादन करने में सक्षम है, और पैर की मांसपेशी-सक्रिय तंत्रिका नेटवर्क बरकरार हैं, वे संकेत कभी भी पैरों तक नहीं पहुंचते हैं। शोधकर्ताओं ने वास्तविक समय, वायरलेस तकनीक-एक अभूतपूर्व उपलब्धि के संबंध को फिर से स्थापित करने में कामयाबी हासिल की।

तंत्र कैसे काम करता है? टीम का कृत्रिम इंटरफ़ेस मस्तिष्क के मोटर कॉर्टेक्स में प्रत्यारोपित लगभग 100 इलेक्ट्रोड की एक सरणी के साथ शुरू होता है। यह एक रिकॉर्डिंग डिवाइस से जुड़ा है जो पैर की गतिविधियों को नियंत्रित करने वाले मस्तिष्क में विद्युत गतिविधियों की स्पाइकिंग को मापता है। उपकरण इन संकेतों को एक कंप्यूटर पर भेजता है जो चोट के नीचे, रीढ़ की हड्डी में प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड के एक और सरणी को इन निर्देशों को डिकोड और अनुवाद करता है। जब इलेक्ट्रोड का दूसरा समूह निर्देश प्राप्त करता है, तो यह पैरों में उपयुक्त मांसपेशी समूहों को सक्रिय करता है।

अध्ययन के लिए, दो रीसस मकाक बंदरों को लैब में रीढ़ की हड्डी की चोट दी गई थी। अपनी सर्जरी के बाद, उन्हें ठीक होने में कुछ दिन बिताने पड़े और सिस्टम को अपनी स्थिति पर आवश्यक डेटा एकत्र करने और जांचने के लिए इंतजार करना पड़ा। लेकिन चोट लगने के ठीक छह दिन बाद, एक बंदर ट्रेडमिल पर टहल रहा था। दूसरे दिन 16 चोट के बाद उठना और चलना था।

ब्रेन इम्प्लांट की सफलता पहली बार यह दर्शाती है कि न्यूरोटेक्नोलोजी और रीढ़ की हड्डी की उत्तेजना किस तरह से चलने की क्षमता को बहाल कर सकती है। "सिस्टम ने बिना किसी प्रशिक्षण या फिर से सीखने के बिना, तुरंत लोकोमोटर आंदोलनों को बहाल किया, " माइलकोविक, जो डेटा-संचालित न्यूरोप्रोस्टेटिक सिस्टम को इंजीनियर करते हैं, ने स्मिथसोनियन डॉट कॉम को बताया।

ईपीएफएल के शोधकर्ता मार्क कैपोग्रोसो ने एक बयान में कहा, "पहली बार जब हमने मस्तिष्क-स्पाइन इंटरफेस को चालू किया तो वह एक क्षण था जिसे मैं कभी नहीं भूलूंगा।"

एक नया मस्तिष्क प्रत्यारोपण वायरलेस तरीके से पैरों के मांसपेशी समूहों को संकेत भेजता है। (जेमरी रूबी द्वारा चित्रण)

मस्तिष्क के तंत्रिका नेटवर्क को "हैकिंग" की तकनीक ने उल्लेखनीय करतबों का उत्पादन किया है, जैसे कि स्पर्श-संवेदनशील कृत्रिम अंग बनाने में मदद करना जो पहनने वालों को अंडे को फोड़ने जैसे नाजुक कार्य करने की अनुमति देता है। लेकिन इनमें से कई प्रयास मस्तिष्क और रिकॉर्डिंग उपकरणों के बीच केबल कनेक्शन का उपयोग करते हैं, जिसका अर्थ है कि विषय स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने में सक्षम नहीं हैं। "हाथ और हाथ के आंदोलनों के तंत्रिका नियंत्रण की बहुत विस्तार से जांच की गई थी, जबकि पैर के आंदोलनों के न्यूरोनल नियंत्रण पर कम ध्यान दिया गया है, जिससे जानवरों को स्वतंत्र रूप से और स्वाभाविक रूप से स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, " माइलकोविक कहते हैं।

क्यूबेक के यूनिवर्सिटि लावल में एक न्यूरोसाइंटिस्ट क्रिश्चियन एथियर, जो अनुसंधान में शामिल नहीं थे, ने काम को "न्यूरोपैस्टेटिक सिस्टम के विकास में एक बड़ा कदम" कहा। उन्होंने कहा: "मेरा मानना ​​है कि यह प्रदर्शन आक्रामक मस्तिष्क के अनुवाद को तेज करने वाला है। -कंप्यूटर इंटरफेस मानव अनुप्रयोगों की ओर।

प्रकृति के साथ एक समाचार और दृश्य के टुकड़े में, न्यूरोसाइंटिस्ट एंड्रयू जैक्सन सहमत हैं, इस बात की ओर इशारा करते हैं कि बंदरों से लोगों में इस क्षेत्र में कितनी तेजी से प्रगति हुई है। उदाहरण के लिए, 2008 के एक पेपर ने प्रदर्शित किया कि लकवाग्रस्त बंदर सिर्फ अपने मस्तिष्क के साथ एक रोबोटिक हाथ को नियंत्रित कर सकते हैं; चार साल बाद एक लकवाग्रस्त महिला ने भी ऐसा ही किया। 2012 में बंदरों में एक ही उपलब्धि हासिल करने के बाद, इस साल की शुरुआत में, मस्तिष्क-नियंत्रित मांसपेशियों की उत्तेजना ने एक चतुर्भुज व्यक्ति को अन्य व्यावहारिक हाथ कौशल के बीच वस्तुओं को समझने में सक्षम बनाया।

जैक्सन इस इतिहास से निष्कर्ष निकालता है कि "यह अनुमान लगाना अनुचित नहीं है कि हम दशक के अंत तक मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी के बीच इंटरफेस के पहले नैदानिक ​​प्रदर्शनों को देख सकते हैं।"

ब्रेनगेट नैदानिक ​​परीक्षणों में मस्तिष्क की गतिविधि को सफलतापूर्वक रिकॉर्ड करने के लिए बंदरों के दिमाग में प्रत्यारोपित किए गए ब्लैकरॉक इलेक्ट्रोड सरणी का उपयोग 12 वर्षों के लिए किया गया है; कई अध्ययनों से पता चला है कि यह संकेत जटिल न्यूरोपैस्टेटिक उपकरणों को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकता है। "जबकि इसे सर्जरी की आवश्यकता होती है, सरणी पार्किंसंस रोग या अन्य आंदोलन विकारों के साथ 130, 000 से अधिक लोगों द्वारा पहले से ही उपयोग किए गए गहरी मस्तिष्क सिमुलेटरों की तुलना में छोटे परिमाण का एक क्रम है, " माइलकोविक कहते हैं।

जबकि यह परीक्षण पैदल चलने से संबंधित मस्तिष्क की गतिविधि के सिर्फ कुछ चरणों तक सीमित था, एथिर का सुझाव है कि यह भविष्य में संभावित रूप से आंदोलन की एक बड़ी श्रृंखला को सक्षम कर सकता है। “इन्हीं मस्तिष्क प्रत्यारोपणों का उपयोग करते हुए, हमने बहुत अधिक विस्तार से आंदोलन के इरादे को डिकोड करना संभव है, जैसा कि हमने रास्प फ़ंक्शन को बहाल करने के लिए किया है। ... मैं उम्मीद करता हूं कि भविष्य के घटनाक्रम आगे बढ़ेंगे और संभवत: अन्य क्षमताओं जैसे बाधाओं की भरपाई और चलने की गति को समायोजित करना शामिल हैं। "

एथियर एक और पेचीदा संभावना को नोट करता है: वायरलेस सिस्टम वास्तव में शरीर को स्वयं ठीक करने में मदद कर सकता है। "मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी के मोटर केंद्रों में गतिविधि को फिर से सिंक्रनाइज़ करके, वे मस्तिष्क को मांसपेशियों से जोड़ने वाले किसी भी बख्शते कनेक्शन को 'गतिविधि पर निर्भर न्यूरोप्लास्टिकिटी' कहते हैं, को बढ़ावा दे सकते हैं, " वे कहते हैं। "यह दीर्घकालिक चिकित्सीय प्रभाव हो सकता है और पारंपरिक पुनर्वास उपचारों के साथ जो संभव है उससे परे फ़ंक्शन की प्राकृतिक वसूली को बढ़ावा दे सकता है।"

इस घटना को अच्छी तरह से समझा नहीं गया है, और संभावना इस बिंदु पर सट्टा बनी हुई है, वह तनाव करता है। लेकिन इस शोध की मूर्त उपलब्धि यह दर्शाती है कि उनके दिमाग के साथ फिर से लकवाग्रस्त चलने में मदद करना — पहले से ही एक बहुत बड़ा कदम है।