Новый эластичный имплантат-стимулятор дозволяет поддерживать спинной мозг в рабочем состоянии.
При травмах позвоночника человек вполне либо отчасти утрачивает подвижность – происходит это оттого, что нарушаются проводящие сердитые пути в спинном мозге, передающие указы от мозга к мускулам. Однако сам спинной мозг теснее издавна никто не осматривает как обыденный «электрошнур», просто передающий нейрохимические импульсы от «руководящего органа» к «исполнителям». Спинномозговые нейроны образуют достаточно трудные спец сети, ответственные за сохранение равновесие, координацию при ходьбе, контролирующие скорость и направление движения и т. д. Получая информацию от мускул и кожи, нейронные сети спинного мозга могут вносить поправки в двигательную програмку, корректируя её в зависимости от чувств.
Очевидно, что способность жителя нашей планеты либо животного править своими движениями зависит не совсем лишь от контактов спинномозговых нейронов с центрами мозга, но и от целостности таковых вот сетей в самом спинном мозге. Если же нейроны спинного мозга длинно остаются без дела, то связи меж ними деградируют, и двигательные цепочки распадаются. В принципе, ежели позвоночник получил частичную травму не многие спинномозговые пути разрушены, то мозг может сделать связь через иные сердитые «провода», оставшиеся неповреждёнными. Однако распад внутренних сетей всё одинаково оставит мускулы в неподвижности: сигналы из мозга будут прибывать в неупорядоченную систему нейронов.
Но ежели поддерживать спинной мозг в рабочем состоянии, как-то провоцировать его, то сердитые цепи, быть может, сохранятся?Действительно, обработка спинного мозга аналогами нейромедиаторов предотвращала деградацию двигательных сетей. Более того, спинномозговые нейроны оказалось вероятным научить работать практически автономно, без поддержки мозга, сочетая электрическую и хим стимуляции. Двигательные цепочки спинного мозга могут запоминать процедуры, которые им приходится исполнять часто, и при подабающей тренировке и подборе стимулирующих сигналов они вполне могут сами исполнять достаточно трудную координацию движений.
Подробно о таковых разработках мы теснее писали: в журнальчике «Наука и жизнь» №12 за 2012 год была опубликована статья Павла Мусиенко - доктора мед наук, старшего научного сотрудника лаборатории физиологии движений из петербургского Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. Он и его коллеги из России и Швейцарии теснее не 1-ый год занимаются тем, что пробуют возвращать травмированному спинному мозгу способность контролировать движения. Два года назад исследователи извещали о разработанном ними робототехническом подходе: особая конструкция, дозволявшая крысе трениться, совместно с многокомпонентной хим и электрической стимуляцией спинного мозга в итоге дозволила животным с испорченным спинным мозгом ходить вперёд по прямой, переступать через препятствия и даже подниматься по лестнице.
Но просто сказать – «электрохимическая стимуляция»; на самом деле же стоит представить себе, что такое спинной мозг, чтоб понять, как трудная это задачка – достигнуть действенного и безопасного действия на спинномозговые нейронные сети. Решение пришло с идеей, родившейся у Павла Мусиенко несколько годов назад – применять для стимуляции спинного мозга мягенький субдуральный химический нейропротез, чего же, кстати, до сих пор никому не удавалось сделать. Слово «субдуральный» значит, что он размещен под твёрдой мозговой оболочкой, именуемой dura mater. Как знаменито, у головного и спинного мозга есть несколько защитных оболочек, и dura mater из их самая верхняя. Если бы удалось поставить имплантат-стимулятор под неё, то мы бы смогли установить наиболее полный контакт устройства со спинным мозгом, и, к примеру, какие-то хим средства можнож было бы вводить локально, не обращая внимания на гематоэнцефалический барьер, оберегающий головной и спинной мозг от растворённых в крови потенциально ненужных веществ. То есть в имплантате обязаны были быть не совсем лишь электроды, но и особенные каналы(хемотроды), дозволяющие передавать к нейронам хим катализаторы.
Но спинной мозг подвержен к неизменным физическим деформациям: мы ходим, то и дело поворачиваемся из стороны в сторону, наклоняемся и разгибаемся. Как сделать, чтоб имплантат при таковых движениях не испортил сердитую ткань?Как вообщем сделать так, чтоб имплантат не сердил спинной мозг?Для этого употребляли технологию мягеньких электродов: в Федеральной политехнической школе Лозанны(Швейцария)была сотворена эластичная полимерная база для имплантата, сами же электроды сделали из силиконово-платиновых наночастиц. К электродам водили «провода» из золота – сплав был уложен слоями шириной 35 нанометров, причём в слои умышленно вносили трещины, чтоб обеспечить упругость и растяжимость «проводов»; выходила что-то вроде сетки с перекрывающимися ячейками. Всё совместно окрестили e-dura – электронная dura mater.
Однако таковой имплантат обязан иметь выход наружу, ведь нейрохимическая стимуляция поступает в спинной мозг извне. И тут лишь только упругость самого имплантата не выручает, так как он всё одинаково будет ломаться, а заодно и повреждать сердитую ткань. Проблему решили с поддержкою предложенного Павлом Мусиенко приспособления, фиксирующего позвонки в месте входа имплантата в позвоночный канал. Это приспособление величается вертебральный ортоз, и его можнож сопоставить с входом для проводов в каком-нибудь электронном устройстве. Именно находка с фиксацией позвонков дозволила сделать из имплантата стабильный «долгоиграющий» катализатор, который не повреждал живые ткани.
Понятно, что меж исходными идеями и окончательными экспериментами была проделана колоссальная работа по оптимизации самого имплантата и способов его вживления, сделанная во многом благодаря ещё одному соавтору из России, доктору Наталье Павловой, также биоинженеру Ивану Миневу(Ivan R. Minev). И вот – статья в Science, в какой творцы пишут, что крысы с имплантатами великолепно себя ощущали даже спустя два месяца опосля операции: и имплантат работал, и спинной мозг животных был цел, и отсутствовали признаки воспаления. Кроме того, имплантат доказал целевую эффективность, с его поддержкою(и с поддержкою реабилитационной программы)крыс с травмой спинного мозга удалось поставить на ноги – животные обретали возможности ходить по прямой и подниматься по лестнице(очевидно, с поддержкою поддерживающего их тело биомеханического устройства).
Итак, перечислим ещё разов плюсы новейшего имплантата: благодаря тому, что его можнож поместить дословно на сам мозг, мы можем специфично провоцировать конкретные группы нейронов, причём стимуляцию можнож проводить не совсем лишь электрическими импульсами, но и химически, средством нейромедиаторных аналогов. Плотный контакт дозволяет поточнее влиять на нужные группы нейронов и расходовать на это в разы меньше хим стимуляторов(что, а конкретно, дозволяет недопустить практически всех побочных лечебных эффектов). Понятно, что имплантат может работать не совсем лишь на вход, но и на выход: с его поддержкою вероятно регистрировать сигналы нейронных сетей. Например, творцам работы удалось «подслушать», как нейроны спинного мозга общаются с нейронами двигательной кожуры и какие сигналы кожуры предшествуют движению.
Подчеркнём, что новое устройство не является «заплаткой» на поражённую часть спинного мозга и оно не имеет контактов с головным мозгом – движения, которые животные исполняли в ходе опыта, они не могли контролировать, то была лишь автоматическая реакция нейронных цепей спинного мозга. Однако новейший имплантат готов стать главным элементом нейрокомпьютерного интерфейса, над которым на данный момент работают множество нейробиологических лабораторий по всему миру. Ведь ничто не мешает связать эластичные электроды в позвоночнике с устройством, регистрирующим и передающим сигналы от мозга – тогда и мы получим обходной путь, дозволяющий сознанию контролировать наше тело даже при сильно испорченном спинном мозге.
Кирилл Стасевич
Новый эластичный имплантат-стимулятор дозволяет поддерживать спинной мозг в рабочем состоянии. При травмах позвоночника человек вполне либо отчасти утрачивает подвижность – происходит это оттого, что нарушаются проводящие сердитые пути в спинном мозге, передающие указы от мозга к мускулам. Однако сам спинной мозг теснее издавна никто не осматривает как обыденный «электрошнур», просто передающий нейрохимические импульсы от «руководящего органа» к «исполнителям». Спинномозговые нейроны образуют достаточно трудные спец сети, ответственные за сохранение равновесие, координацию при ходьбе, контролирующие скорость и направление движения и т. д. Получая информацию от мускул и кожи, нейронные сети спинного мозга могут вносить поправки в двигательную програмку, корректируя её в зависимости от чувств. Очевидно, что способность жителя нашей планеты либо животного править своими движениями зависит не совсем лишь от контактов спинномозговых нейронов с центрами мозга, но и от целостности таковых вот сетей в самом спинном мозге. Если же нейроны спинного мозга длинно остаются без дела, то связи меж ними деградируют, и двигательные цепочки распадаются. В принципе, ежели позвоночник получил частичную травму не многие спинномозговые пути разрушены, то мозг может сделать связь через иные сердитые «провода», оставшиеся неповреждёнными. Однако распад внутренних сетей всё одинаково оставит мускулы в неподвижности: сигналы из мозга будут прибывать в неупорядоченную систему нейронов. Но ежели поддерживать спинной мозг в рабочем состоянии, как-то провоцировать его, то сердитые цепи, быть может, сохранятся?Действительно, обработка спинного мозга аналогами нейромедиаторов предотвращала деградацию двигательных сетей. Более того, спинномозговые нейроны оказалось вероятным научить работать практически автономно, без поддержки мозга, сочетая электрическую и хим стимуляции. Двигательные цепочки спинного мозга могут запоминать процедуры, которые им приходится исполнять часто, и при подабающей тренировке и подборе стимулирующих сигналов они вполне могут сами исполнять достаточно трудную координацию движений. Подробно о таковых разработках мы теснее писали: в журнальчике «Наука и жизнь» №12 за 2012 год была опубликована статья Павла Мусиенко - доктора мед наук, старшего научного сотрудника лаборатории физиологии движений из петербургского Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. Он и его коллеги из России и Швейцарии теснее не 1-ый год занимаются тем, что пробуют возвращать травмированному спинному мозгу способность контролировать движения. Два года назад исследователи извещали о разработанном ними робототехническом подходе: особая конструкция, дозволявшая крысе трениться, совместно с многокомпонентной хим и электрической стимуляцией спинного мозга в итоге дозволила животным с испорченным спинным мозгом ходить вперёд по прямой, переступать через препятствия и даже подниматься по лестнице. Но просто сказать – «электрохимическая стимуляция»; на самом деле же стоит представить себе, что такое спинной мозг, чтоб понять, как трудная это задачка – достигнуть действенного и безопасного действия на спинномозговые нейронные сети. Решение пришло с идеей, родившейся у Павла Мусиенко несколько годов назад – применять для стимуляции спинного мозга мягенький субдуральный химический нейропротез, чего же, кстати, до сих пор никому не удавалось сделать. Слово «субдуральный» значит, что он размещен под твёрдой мозговой оболочкой, именуемой dura mater. Как знаменито, у головного и спинного мозга есть несколько защитных оболочек, и dura mater из их самая верхняя. Если бы удалось поставить имплантат-стимулятор под неё, то мы бы смогли установить наиболее полный контакт устройства со спинным мозгом, и, к примеру, какие-то хим средства можнож было бы вводить локально, не обращая внимания на гематоэнцефалический барьер, оберегающий головной и спинной мозг от растворённых в крови потенциально ненужных веществ. То есть в имплантате обязаны были быть не совсем лишь электроды, но и особенные каналы(хемотроды), дозволяющие передавать к нейронам хим катализаторы. Но спинной мозг подвержен к неизменным физическим деформациям: мы ходим, то и дело поворачиваемся из стороны в сторону, наклоняемся и разгибаемся. Как сделать, чтоб имплантат при таковых движениях не испортил сердитую ткань?Как вообщем сделать так, чтоб имплантат не сердил спинной мозг?Для этого употребляли технологию мягеньких электродов: в Федеральной политехнической школе Лозанны(Швейцария)была сотворена эластичная полимерная база для имплантата, сами же электроды сделали из силиконово-платиновых наночастиц. К электродам водили «провода» из золота – сплав был уложен слоями шириной 35 нанометров, причём в слои умышленно вносили трещины, чтоб обеспечить упругость и растяжимость «проводов»; выходила что-то вроде сетки с перекрывающимися ячейками. Всё совместно окрестили e-dura – электронная dura mater. Однако таковой имплантат обязан иметь выход наружу, ведь нейрохимическая стимуляция поступает в спинной мозг извне. И тут лишь только упругость самого имплантата не выручает, так как он всё одинаково будет ломаться, а заодно и повреждать сердитую ткань. Проблему решили с поддержкою предложенного Павлом Мусиенко приспособления, фиксирующего позвонки в месте входа имплантата в позвоночный канал. Это приспособление величается вертебральный ортоз, и его можнож сопоставить с входом для проводов в каком-нибудь электронном устройстве. Именно находка с фиксацией позвонков дозволила сделать из имплантата стабильный «долгоиграющий» катализатор, который не повреждал живые ткани. Понятно, что меж исходными идеями и окончательными экспериментами была проделана колоссальная работа по оптимизации самого имплантата и способов его вживления, сделанная во многом благодаря ещё одному соавтору из России, доктору Наталье Павловой, также биоинженеру Ивану Миневу(Ivan R. Minev). И вот – статья в Science, в какой творцы пишут, что крысы с имплантатами великолепно себя ощущали даже спустя два месяца опосля операции: и имплантат работал, и спинной мозг животных был цел, и отсутствовали признаки воспаления. Кроме того, имплантат доказал целевую эффективность, с его поддержкою(и с поддержкою реабилитационной программы)крыс с травмой спинного мозга удалось поставить на ноги – животные обретали возможности ходить по прямой и подниматься по лестнице(очевидно, с поддержкою поддерживающего их тело биомеханического устройства). Итак, перечислим ещё разов плюсы новейшего имплантата: благодаря тому, что его можнож поместить дословно на сам мозг, мы можем специфично провоцировать конкретные группы нейронов, причём стимуляцию можнож проводить не совсем лишь электрическими импульсами, но и химически, средством нейромедиаторных аналогов. Плотный контакт дозволяет поточнее влиять на нужные группы нейронов и расходовать на это в разы меньше хим стимуляторов(что, а конкретно, дозволяет недопустить практически всех побочных лечебных эффектов). Понятно, что имплантат может работать не совсем лишь на вход, но и на выход: с его поддержкою вероятно регистрировать сигналы нейронных сетей. Например, творцам работы удалось «подслушать», как нейроны спинного мозга общаются с нейронами двигательной кожуры и какие сигналы кожуры предшествуют движению. Подчеркнём, что новое устройство не является «заплаткой» на поражённую часть спинного мозга и оно не имеет контактов с головным мозгом – движения, которые животные исполняли в ходе опыта, они не могли контролировать, то была лишь автоматическая реакция нейронных цепей спинного мозга. Однако новейший имплантат готов стать главным элементом нейрокомпьютерного интерфейса, над которым на данный момент работают множество нейробиологических лабораторий по всему миру. Ведь ничто не мешает связать эластичные электроды в позвоночнике с устройством, регистрирующим и передающим сигналы от мозга – тогда и мы получим обходной путь, дозволяющий сознанию контролировать наше тело даже при сильно испорченном спинном мозге. Кирилл Стасевич
