Naukowcy opracowali nową neuroprotezę, która może otworzyć kolejny rozdział w leczeniu ciężkich urazów rdzenia kręgowego. Eksperymentalny system pozwolił 42-letniemu mężczyźnie z całkowitą tetraplegią odzyskać możliwość wykonywania precyzyjnych ruchów dłoni, samodzielnego jedzenia oraz picia z kubka. Co szczególnie istotne, uczestnik badania odzyskał również częściowe czucie dotyku, a część osiągniętych efektów utrzymywała się nawet po wyłączeniu urządzenia. Wyniki badania opublikowano na łamach prestiżowego czasopisma „Nature Medicine”.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa eksperymentalny system „podwójnego bypassu neuronowego” (DNB) i w jaki sposób łączy mózg z rdzeniem kręgowym,
- Jakie funkcje odzyskał pacjent z całkowitą tetraplegią, w tym możliwość samodzielnego jedzenia i picia z kubka,
- Dlaczego przywrócenie czucia dotyku jest przełomowym osiągnięciem w rozwoju interfejsów mózg–komputer,
- Jakie są ograniczenia nowej technologii i kiedy może znaleźć szersze zastosowanie w leczeniu osób z ciężkim paraliżem.
Urazy rdzenia kręgowego nadal stanowią ogromne wyzwanie terapeutyczne
Urazy rdzenia kręgowego należą do najczęstszych przyczyn trwałego paraliżu. Szczególnie ciężką postacią jest tetraplegia, czyli porażenie obejmujące zarówno kończyny górne, jak i dolne. Szacuje się, że ponad połowa wszystkich przypadków uszkodzeń rdzenia kręgowego prowadzi właśnie do tego rodzaju niepełnosprawności.
Największym wyzwaniem pozostają całkowite uszkodzenia rdzenia, w których pacjent traci zarówno możliwość wykonywania świadomych ruchów, jak i czucie poniżej miejsca urazu. W takich przypadkach współczesna medycyna dysponuje bardzo ograniczonymi możliwościami przywrócenia funkcji neurologicznych. Dotychczasowe interfejsy mózg–komputer (Brain-Computer Interface, BCI) pozwalały częściowo odzyskać kontrolę nad ruchem, jednak nie umożliwiały jednoczesnego przywrócenia czucia ani nie wykazywały wyraźnego wpływu na długofalową regenerację układu nerwowego.
Naukowcy stworzyli system „podwójnego bypassu neuronowego”
Zespół kierowany przez Chada Boutona opracował innowacyjny system nazwany Dual Neural Bypass (DNB), czyli „podwójnym bypassem neuronowym”.
Technologia wykorzystuje wszczepione implanty do odczytywania sygnałów generowanych przez mózg w momencie, gdy pacjent zamierza wykonać określony ruch. Następnie system analizuje te sygnały w czasie rzeczywistym i przesyła odpowiednio dobrane impulsy elektryczne do dwóch miejsc jednocześnie:
- rdzenia kręgowego, aby pobudzić mięśnie odpowiedzialne za ruch,
- pierwotnej kory czuciowo-somatycznej mózgu, odpowiedzialnej za odbieranie bodźców dotykowych.
Takie połączenie ma umożliwić jednoczesne przywracanie funkcji ruchowych i czuciowych, co do tej pory pozostawało jednym z największych wyzwań neuroinżynierii.
Jak przebiegało badanie kliniczne?
Nowatorski system został przetestowany u 42-letniego mężczyzny z całkowitą tetraplegią, będącą następstwem urazu rdzenia kręgowego. Badacze oceniali działanie zarówno samej stymulacji rdzenia kręgowego, jak i pełnego systemu DNB.
Już sama stymulacja rdzenia przyniosła zauważalne korzyści. Pacjent odzyskał możliwość zginania łokci, dzięki czemu potrafił przybliżyć obie dłonie do twarzy. Dopiero jednak pełny system umożliwił wykonywanie znacznie bardziej złożonych czynności wymagających precyzyjnej kontroli dłoni.
Neuroproteza pozwoliła odzyskać codzienną samodzielność
Najbardziej spektakularne efekty dotyczyły czynności, które dla większości osób są całkowicie naturalne, natomiast dla pacjentów z tetraplegią często pozostają niemożliwe do wykonania bez pomocy innych. Dzięki zastosowaniu neuroprotezy uczestnik badania potrafił:
- samodzielnie otwierać i zamykać dłonie,
- pić z kubka,
- jeść bez pomocy opiekuna,
- kontrolować siłę chwytu,
- manipulować delikatnymi przedmiotami bez ich uszkadzania.
Odzyskanie możliwości wykonywania takich czynności oznacza nie tylko poprawę sprawności fizycznej, ale również znaczący wzrost samodzielności i jakości życia.
System działał stabilnie przez wiele miesięcy
Jednym z najważniejszych rezultatów badania była trwałość działania opracowanego rozwiązania. Autorzy wykazali, że system rozpoznawał zamierzone ruchy dłoni przez ponad pięć miesięcy, nie wymagając ponownego treningu algorytmów ani kalibracji.
To ważna przewaga nad wieloma wcześniejszymi rozwiązaniami, które wymagały częstego dostosowywania do zmieniającej się aktywności mózgu użytkownika. Długotrwała stabilność działania zwiększa szanse na praktyczne wykorzystanie podobnych technologii w przyszłości.
Odzyskane zostało również częściowe czucie dotyku
Nowością w porównaniu z wcześniejszymi interfejsami mózg–komputer było również przywrócenie funkcji czuciowych. Pacjent odzyskał częściową wrażliwość na dotyk w okolicy nadgarstka, a efekt utrzymywał się przez ponad dwa miesiące po zakończeniu stymulacji.
Zdaniem autorów może to oznaczać, że technologia nie tylko wspiera wykonywanie ruchów podczas aktywnej pracy systemu, ale również pobudza procesy neuroplastyczności, czyli zdolność układu nerwowego do tworzenia nowych połączeń. Jeżeli obserwacje te potwierdzą kolejne badania, może to oznaczać przełom w rehabilitacji osób z ciężkimi uszkodzeniami rdzenia kręgowego.
Czy neuroproteza wspiera regenerację układu nerwowego?
Szczególnie interesującym wynikiem było utrzymywanie się części korzyści nawet po wyłączeniu urządzenia. Dotychczas większość systemów BCI działała wyłącznie podczas aktywnej stymulacji. W przypadku technologii DNB część odzyskanych funkcji utrzymywała się także po zakończeniu terapii.
Może to sugerować, że odpowiednio zsynchronizowana stymulacja mózgu i rdzenia kręgowego wspomaga przebudowę istniejących połączeń nerwowych oraz aktywację zachowanych szlaków neurologicznych. Choć na obecnym etapie są to jedynie wstępne obserwacje, ich znaczenie dla przyszłości neurorehabilitacji może okazać się bardzo duże.
Technologia nadal wymaga dalszych badań
Autorzy podkreślają, że przedstawione wyniki dotyczą jednego uczestnika badania klinicznego. Przed wdrożeniem technologii do praktyki klinicznej konieczne będzie przeprowadzenie badań obejmujących większą liczbę pacjentów z różnymi rodzajami urazów rdzenia kręgowego.
Obecna wersja systemu jest ponadto bardzo zaawansowana technologicznie i wymaga obsługi przez wysoko wykwalifikowany personel medyczny. Dopiero dalszy rozwój urządzenia pozwoli ocenić, czy możliwe będzie jego szersze wykorzystanie w specjalistycznych ośrodkach rehabilitacyjnych.
Główne wnioski
- Opracowany przez zespół Chada Boutona system Dual Neural Bypass (DNB) umożliwił jednoczesne przywrócenie funkcji ruchowych i częściowo także czucia dotyku u pacjenta z całkowitą tetraplegią.
- W badaniu 42-letni mężczyzna odzyskał możliwość otwierania i zamykania dłoni, picia z kubka, samodzielnego jedzenia oraz precyzyjnego chwytania przedmiotów, co znacząco zwiększyło jego samodzielność.
- System rozpoznawał zamierzone ruchy dłoni przez ponad pięć miesięcy bez ponownego treningu, a częściowe czucie dotyku utrzymywało się przez ponad dwa miesiące po zakończeniu stymulacji, co może świadczyć o wspieraniu regeneracji układu nerwowego.
- Autorzy podkreślają, że technologia opisana w „Nature Medicine” wymaga dalszych badań z udziałem większej liczby pacjentów, zanim będzie mogła zostać szerzej wykorzystana w praktyce klinicznej.
Źródło:
- https://www.nature.com/articles/s41591-026-04498-0
