החזרת הניידות לאנשים החיים עם שיתוק היא אחד האתגרים הגדולים של הרפואה המודרנית, ועד לאחרונה, היא נותרה יותר תקווה מאשר מציאות. אבל במחקר קליני חלוצי, ייתכן שמדענים סוף סוף חצו את הגבול.

הם פיתחו טכנולוגיה חדשה ומתקדמת שבפעם הראשונה אפשרה לאדם עם שיתוק להזיז את ידו שוב, פריצת דרך שתוארה במחקר שפורסם ביום רביעיביומןטֶבַע.

הטכנולוגיה היא תוצר של עבודה של עשור הכוללת שיתוף פעולה הדוק בין מומחים בנוירולוגיה, פיזיולוגיה והנדסה.

התוצאה היא מערכת "עקיפה עצבית" מורכבת המסוגלת לפענח גלי מוח ולהשתמש בהם כדי לשלוט בממריץ שרירים המעצים תנועה באיבר משותק. וזה הועלה לחיים על ידי איאן בורקהארט בן ה-24, האדם הראשון - ועד כה, היחיד - שהשתמש במערכת אי פעם.

המסע לפריצת דרך

לפני חמש שנים, נראה היה שבורקהארט לא יזיז שוב את ידיו. אז בן 19, הוא היה בחופשה עם חברים בגדה החיצונית של צפון קרוליינה, וחגג את סוף שנת הלימודים הראשונה שלו בקולג'. בעודו שוחה באוקיינוס, בורקארט צלל לתוך גל והתנגש בראשו לתוך שרטון נסתר, ושבר את צווארו.

כיום, בורקהארט - כיום לומד ניהול עסקי באוניברסיטת אוהיו סטייט - שומר על ניידות בראשו, בצווארו ובכתפיו אל תוך הדו-ראשי שלו. האמות, ידיו ופלג גופו התחתון נותרו משותקים. אבל למרות חומרת הפציעה שלו, בורקארט חשב קדימה מההתחלה.

"מה שהם הצליחו להשיג הוא לא פחות ממדהים".

"ציינתי בפני [הרופאים שלי] שאני מעוניין במחקר כלשהו", סיפר בורקהארט, המתגורר באזור קולומבוס.ניתן למעוך.

"מכיוון שידעתי מההתחלה אחרי הפציעה שלי, את הדרך שבה המדע והטכנולוגיה והרפואה מתקדמים, יבוא משהו שישפר את איכות החיים שלי".

במקביל, צוות חוקרים ממדינת אוהיו וממכון באטל זיכרון חיפש משתתף שמוכן לבדוק מערכת שהם מפתחים.

התברר שבורקהארט עמד בכל הכישורים שלהם, והוא קפץ על הסיפון ללא היסוס.

"קצת הרגשתי שזו המחויבות החברתית שלי להיות חלק מזה", אמר בורקהארט.

המדע מאחורי המערכת

מערכת המעקף העצבית מורכבת משלושה מרכיבים עיקריים: שבב זעיר במוח הקולט אותות מוח דרך מערך מיקרואלקטרודות; אלגוריתם מחשב המפענח (ובהמשך מקודד מחדש) את האותות; ושרוול מיוחד, המצויד בעשרות אלקטרודות, העוטף את זרועו של בורקהארט וממריץ את השרירים.

הצעד הראשון היה למעשה השתלת השבב במוחו של בורקהארט. על מנת להבין את האזור המדויק במוח השולט בתנועת הידיים, החוקרים השתמשו ב-MRI פונקציונלי כדי למדוד את פעילות המוח בזמן שבורקהארט דמיין את עצמו מבצע משימות בידו.

"מ תמונות למחשבי הניתוח שלנו שבהם אנו משתמשים לניווט ולמיקוד באזורי המוח השונים."

השבב מחובר בכבל זעיר ליציאה בחלק העליון של ראשו של בורקהרט שניתן לחבר למחשב. הרעיון הוא שאם איאן מתרכז בביצוע משימה עם היד שלו, אותות המוח שלו מועברים למחשב, מפוענחים על ידי אלגוריתם ואז משמשים לכוון את האלקטרודות בשרוול סביב פרק ​​כף היד שלו, מגרה את שריריו ומאפשרת לזרועו מַהֲלָך.

לפני שניסה למעשה תנועה, בורקהארט בילה מספר מפגשי תרגול תוך שהוא מדמיין את עצמו מבצע תנועות בידו. לבסוף, כחודש לאחר הניתוח שלו, החוקרים חיברו את המערכת כדי לנסות אותה בפעם הראשונה.

"כשנכנסתי ליום הזה, הייתי די נרגש", אמר בורקהארט. "חשבתי, 'היי, זה אולי היום שבו אני באמת יכול לראות משהו קורה'".

אבל הצלחת המערכת עלתה אפילו על הציפיות שלו.

"בפעם הראשונה שעשינו את זה יכולתי לחשוב 'פתח את היד שלי' ופתחתי את היד שלי, ולחשוב 'סגור את היד שלי' וסגרתי את היד שלי", אמר בורקהארט.

"זה נתן לי הבהוב ענק של תקווה לקראת העתיד, בידיעה שהדבר הזה עובד, זה יכול להפוך למציאות."

באמצעות למידה של בני אדם ומכונה, בורקארט מסוגל כעת לא רק לפתוח ולסגור את ידו, אלא הוא גם יכול להרים ולהסתובב סביב חפצים.

אדם ומכונה ביחד

עם הזמן, בורקארט הצליח להשתפר ולהתבסס על התנועות שהוא יכול לעשות בידו באמצעות המערכת - וזה התוצר של המוח שלו והאלגוריתם שעובדים ולומדים ביחד. החוקרים תכננו תהליך שהופך את התהליך הזה ליעיל יותר.

"הדרך שבה זה עובד היא שאנחנו מתחילים בהצגת תנועות של איאן על המסך באמצעות יד וירטואלית, יד מונפשת שיכולה לבצע כל מיני תנועות וסוגי אצבעות של מחוות, ואנחנו אוספים פעילות מוחית בו זמנית", אמר מנהיג הפרויקט , צ'אד בוטון, לשעבר מבאטל וכיום סגן נשיא להנדסה מתקדמת במכון פיינשטיין למחקר רפואי בלונג איילנד.

"יותר ויותר תשומת הלב שכל מחקר מסוג זה יכול לקבל הוא ניצחון לאנושות."

"ואנחנו למעשה לומדים עם הזמן את הדפוסים שנוצרים במוחו של איאן הקשורים לתנועות האלה."

באמצעות למידת מכונה, האלגוריתם מסוגל למעשה לשפר את הביצועים שלו, לדברי ניק אנטה, מהנדס חשמל ראשי בתוכנית NeuroLife של Battelle. צוות המהנדסים של הפרויקט מסוגל גם להתחבר למערכת ולבצע שינויים משלהם לפי הצורך, הוסיף.

ובזמן שכל זה קורה, מוחו של בורקהארט גם הופך נוח יותר ומיומן יותר בשימוש במערכת.

הצלחת המערכת עד כה נותנת תקווה שיום אחד היא תוכל לשמש כדי לעזור לאנשים כמו בורקארט לחיות חיים קלים ועצמאיים יותר על ידי החזרת השימוש בידיהם.

"מה שהם הצליחו להשיג הוא לא פחות ממדהים", אמר ניקולס אופי, מהנדס ביו-רפואי באוניברסיטת מלבורן, שלא היה מעורב בפרויקט, בדוא"ל אלניתן למעוך.

הדרך קדימה

המערכת הספציפית הזו אינה הגישה היחידה לשיתוק שנמצאת בפיתוח. קבוצות מחקר אחרות חקרו גם את הרעיון של רתימת גלי מוח לכוון תנועה בגפיים תותבות או מכשירי עזר.

מערכת BrainGate, למשל, נועדה לאפשר לבני אדם לשלוט במכשירים חיצוניים - כל דבר מסמני עכבר מחשב ועד גפיים תותבות - עם המחשבות שלהם. וחברה בשם SmartStent, שהוקמה על ידי חוקרים אוסטרלים, מקווה לאפשר לחולים לשלוט על שלד חיצוני רובוטי עם אותות מוחיים.

אולם עד כה, מערכת המעקף העצבית החדשה היא הראשונה שמאפשרת תנועה מבוקרת בגופו של אדם עם שיתוק. ובורקהארט נשאר האדם היחיד שאי פעם השתמש במערכת.

עם זאת, החוקרים מקווים שזה ישתנה. הם מתכננים להרחיב את הפרויקט לקומץ משתתפים אחרים בעתיד הקרוב, והם מקווים שבסופו של דבר ניתן יהיה להפוך את המערכת לניידת. לעת עתה, הפעם היחידה שבה בורקארט מסוגל להשתמש בו היא כשהוא נכנס למעבדה במדינת אוהיו לפגישה, שאותה הוא עושה כמה פעמים בשבוע.

החוקרים פועלים גם לאפשר את יישום הטכנולוגיה על יותר מחלק אחד בגוף בבת אחת, אך הדבר יכלול השתלה של שבבים מרובים במוח.

בסופו של דבר, המערכת יכולה להיות חיצונית לחלוטין, עם מכשיר ניטור חיצוני המשמש לקליטת גלי מוח במקום דרך שבב במוח.

זה יעזור למנוע את הסיכונים הכרוכים בניתוח מוח.

"הבעיה בטכנולוגיה הכרוכה בניתוחי מוח פתוחים היא הסיכון של הליך כירורגי זה", אמר אופי, חוקר מלבורן שהוא גם קצין הטכנולוגיה הראשי של SmartStent.

"למרות שהסיכונים הללו נמוכים יחסית, זו עדיין מגבלה של הטכנולוגיה הזו."

הוא גם ציין כי מחקרים קודמים העלו כי אלקטרודות הממוקמות ישירות במוח "עשויות לגרום להתרחשות תגובות המפחיתות את איכות האות לאורך זמן".

החוקרים עדיין לא בטוחים כמה זמן השבב במוחו של בורקארט יחזיק מעמד. עד כה, הוא מתפקד כבר כמעט שנתיים ללא סימן להאטה.

לעת עתה, לצוות אין ציר זמן קונקרטי עבור מתי המערכת עשויה להיות זמינה למגוון רחב יותר של אנשים. הפיתוח שלו עדיין יכול להיות שנים בהתהוות. למרות שבורקהארט מבין זאת, הוא עדיין אופטימי.

"יותר ויותר תשומת הלב שכל מחקר מסוג זה יכול לקבל הוא ניצחון לאנושות כי זו בהחלט בעיה גדולה שצריך לפתור", אמר. "ואם לא נעשה שום דבר בקשר לזה, אז שום דבר לא הולך לקרות."