Beyin İmplantları Felçli Adamın Düşüncelerini Kullanarak Yürümesine İzin Veriyor

Gert-Jan Oskam, 2011 yılında kalçasından aşağısının felç olmasına neden olan bir motosiklet kazası geçirdiğinde Çin’de yaşıyordu. Şimdi, bir dizi cihazla, bilim adamları ona vücudunun alt kısmı üzerinde yeniden kontrol sağladı.

Bay Oskam Salı günü düzenlediği basın toplantısında, “12 yıldır ayaklarımı geri almaya çalışıyorum,” dedi. “Artık normal, doğal yürümeyi öğrendim.”

İçinde çalışmak Nature dergisinde Çarşamba günü yayınlanan İsviçre’deki araştırmacılar, Oskam’ın beyni ile omuriliği arasında yaralı bölümleri atlayarak “dijital bir köprü” sağlayan implantları tanımladılar. Keşif, 40 yaşındaki Bay Oskam’ın dik bir rampayı yalnızca bir yürüteç yardımıyla ayakta durmasına, yürümesine ve tırmanmasına izin verdi. İmplant yerleştirildikten bir yıldan fazla bir süre sonra, bu yeteneklerini korudu ve implant kapalıyken bile koltuk değnekleriyle yürüyen nörolojik iyileşme belirtileri gösterdi.

Lozan’daki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü’nde omurilik uzmanı olan Grégoire Courtine, “Gert-Jan’ın düşüncelerini yakaladık ve bu düşünceleri, istemli hareketi yeniden oluşturmak için omuriliğin uyarılmasına çevirdik” dedi. Basın toplantısında, araştırmayı yürüttüğünü söyledi.

Bay Oskam’a implantı yerleştiren Lozan Üniversitesi’nden sinirbilimci Jocelyne Bloch, “Başlangıçta benim için oldukça bilim kurguydu ama bugün gerçek oldu” diye ekledi.

Son yıllarda teknolojik omurilik yaralanması tedavisinde bir dizi ilerleme olmuştur. 2016 yılında, Dr. Courtine liderliğindeki bir grup bilim insanı, felçli maymunlarda yürüme yeteneğini geri kazanmayı başardı ve bir başkası, bir adamın felçli elinin kontrolünü yeniden kazanmasına yardımcı oldu. 2018’de yine Dr. Courtine liderliğindeki farklı bir bilim insanı grubu, beyni uyarmak elektrik darbe üreteçleri ile kısmen felçli insanların tekrar yürümesine ve bisiklete binmesine izin veriyor. Geçen sene, daha ileri beyin stimülasyon prosedürleri, felçli deneklerin tek bir tedavi günü içinde yüzmesine, yürümesine ve bisiklete binmesine izin verdi.

Bay Oskam, önceki yıllarda stimülasyon prosedürlerinden geçmişti ve hatta yürüme yeteneğini bir miktar geri kazanmıştı, ancak sonunda gelişimi sabitlendi. Basın brifinginde Bay Oskam, bu stimülasyon teknolojilerinin, hareket konusunda yabancı bir şey, zihniyle bedeni arasında yabancı bir mesafe olduğu hissine kapılmasına neden olduğunu söyledi.

Yeni arayüz bunu değiştirdi, “Daha önce uyarım beni kontrol ediyordu, şimdi uyarıyı ben kontrol ediyorum” dedi.

Yeni çalışmada, araştırmacıların adlandırdığı şekliyle beyin-omurga arabirimi, Bay Oskam’ın -beynindeki elektrik sinyalleri olarak algılanabilen- niyetlerini okumak ve bunları kas hareketleriyle eşleştirmek için bir yapay zeka düşünce kod çözücüsünden yararlandı. Düşünceden niyete ve eyleme kadar doğal hareketin etiyolojisi korunmuştur. Dr. Courtine’in tanımladığı gibi tek ekleme, omurganın yaralı kısımlarını kapsayan dijital köprüydü.

Newcastle Üniversitesi’nde çalışmaya dahil olmayan sinirbilimci Andrew Jackson şunları söyledi: “Özerklik ve komutların kaynağı hakkında ilginç sorular ortaya çıkarıyor. Beynin ne olduğu ile teknolojinin ne olduğu arasındaki felsefi sınırı bulanıklaştırmaya devam ediyorsunuz.”

Jackson, bilim adamlarının onlarca yıldır beyni omurilik uyarıcılarına bağlama konusunda teoriler geliştirdiğini, ancak bunun bir insan hastada ilk kez bu kadar başarılı olduklarını ekledi. “Söylemesi kolay, yapması çok daha zor” dedi.

Bu sonuca ulaşmak için araştırmacılar önce Bay Oskam’ın kafatasına ve omurgasına elektrotlar yerleştirdiler. Ekip daha sonra, vücudunun farklı bölgelerini hareket ettirmeye çalışırken beyninin hangi bölgelerinin aydınlandığını gözlemlemek için bir makine öğrenme programı kullandı. Bu düşünce şifre çözücü, belirli elektrotların aktivitesini belirli amaçlarla eşleştirebildi: Bir konfigürasyon, Bay Oskam ayak bileklerini hareket ettirmeye çalıştığında, diğeri ise kalçalarını hareket ettirmeye çalıştığında aydınlandı.

Daha sonra araştırmacılar, beyin implantını, vücudunun farklı bölgelerine elektrik sinyalleri göndererek hareket kıvılcımı gönderecek şekilde ayarlanan spinal implanta bağlamak için başka bir algoritma kullandılar. Algoritma, her bir kas kasılması ve gevşemesinin yönü ve hızındaki küçük değişiklikleri hesaba katmayı başardı. Ve beyin ile omurga arasındaki sinyaller her 300 milisaniyede bir gönderildiği için, Bay Oskam stratejisini neyin işe yarayıp neyin yaramadığına göre hızla ayarlayabiliyordu. İlk tedavi seansında kalça kaslarını bükebildi.

Sonraki birkaç ay boyunca, araştırmacılar beyin-omurga arayüzünde, yürüme ve ayakta durma gibi temel eylemlere daha iyi uyacak şekilde ince ayar yaptı. Bay Oskam, biraz sağlıklı görünen bir yürüyüş kazandı ve aylarca tedavi görmeden basamakları ve rampaları görece kolaylıkla geçebildi. Ayrıca, bir yıllık tedaviden sonra, beyin-omurga arayüzünün yardımı olmaksızın hareketlerinde belirgin gelişmeler fark etmeye başladı. Araştırmacılar bu gelişmeleri ağırlık taşıma, dengeleme ve yürüme testlerinde belgelediler.

Artık Bay Oskam, evinin etrafında sınırlı bir şekilde yürüyebiliyor, bir arabaya binip inebiliyor ve bir barda içki içmek için durabiliyor. İlk defa, kontrolün kendisinde olduğunu hissettiğini söyledi.

Araştırmacılar çalışmalarındaki sınırlamaları kabul ettiler. Beyindeki ince niyetleri ayırt etmek zordur ve mevcut beyin-omurga arayüzü yürümeye uygun olsa da, üst vücut hareketini eski haline getirmek için muhtemelen aynı şey söylenemez. Tedavi aynı zamanda invazivdir ve birden fazla ameliyat ve saatlerce fizik tedavi gerektirir. Mevcut sistem tüm omurilik felçlerini düzeltmiyor.

Ancak ekip, daha fazla ilerlemenin tedaviyi daha erişilebilir ve sistematik olarak daha etkili hale getireceğinden umutluydu. Dr. Courtine, “Bu bizim gerçek hedefimiz,” dedi, “bu teknolojiyi ihtiyacı olan tüm hastalar için dünya genelinde kullanılabilir hale getirmek.”