Beyin-bilgisayar arayüzleri olarak da bilinen nöroprostetikler, beyin ya da bilgisayar arasında bir bağlantı yaratarak motor veya duyusal engelleri olan kişilerin duyu ve hareketlerini kontrol altına almalarına yardımcı olan cihazlardır. Başka bir deyişle, bu teknoloji insanların sadece düşünce gücünü kullanarak hareket etmesini, duymasını, görmesini ve dokunmasını sağlar. Nöroprostetikler nasıl çalışır? Bu alandaki beş büyük atılımı, ne kadar uzaklaştığımızı – ve aklımızın gücünü kullanarak – ne kadar uzağa gidebileceğimizi görmek için bir göz atıyoruz.
Her yıl, dünya çapında yüz binlerce insan, omuriliklerinin yaralanmaları sonucu bacaklarının kontrolünü kaybeder. Amerika Birleşik Devletleri’nde, 347.000 kişiye kadar omurilik yaralanması (SCI) ile yaşıyor ve bu insanların neredeyse yarısı boyundan aşağı hareket edemez.
Bu insanlar için, nöroprostetik cihazlar çok ihtiyaç duyulan bir umut sunabilir.
Beyin-bilgisayar ara-yüzleri (BCI) genellikle insan kafatasına, beynin yüzeyine ya da beynin dokusuna yerleştirilen elektrotları içerir – beyin bir düşünceyi düşündüğünde ortaya çıkan beyin aktivitesini izler ve ölçer. Bu beyin aktivitesinin modeli daha sonra bir bilgisayara “çevrilmiş” veya bir bilgisayara “beslenen” bir algoritmaya dönüştürülür. Bilgisayar, sırayla, kodu harekete geçiren komutlara dönüştürür.
Nöroprostetikler sadece kollarını ve bacaklarını hareket ettiremeyen kişiler için yararlı değildir; ayrıca duyusal engelli olanlara da yardımcı olurlar. Dünya Sağlık Örgütü (WHO), dünya genelinde yaklaşık 360 milyon insanın işitme kaybını engelleyici bir biçime sahip olduğunu tahmin ederken, 39 milyon insan daha kördür.
Bu insanlardan bazıları için, koklear implantlar ve biyonik gözler gibi nöroprostetikler, onlara duyularını geri vermişler ve bazı durumlarda, onları ilk defa duymalarını veya görmelerini sağlamışlardır.
Burada, nöroprostetik teknolojisindeki en önemli beş gelişmeyi, nasıl çalıştıklarına, neden yardımcı olduklarına ve gelecekte bir kısmının nasıl gelişeceğine bakıyoruz.
Kulak implantı
Muhtemelen buradaki “en eski” nöroprotez cihazı, koklear implantlar (veya kulak implantları) birkaç on yıldır etraftadır ve başarılı nöroprostetiğin bir örneğidir.
ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) koklear implantları 1980 gibi erken bir zamanda onayladı ve 2012 yılına kadar yaklaşık 60.000 ABD’li birey implante sahipti. Dünya çapında, cihazda 320.000’den fazla insan implante edildi.
Koklear implant, kulağın hasarlı kısımlarını atlayarak ve elektrod kullanılarak elde edilen sinyallerle işitsel siniri uyararak çalışır. İşitme siniri üzerinden beyne iletilen sinyaller ses olarak algılanır, ancak kulak implantından duyma normal işitmeden oldukça farklıdır.
Her ne kadar kusurlu olsalar da, koklear implantlar kullanıcıların konuşmalarını kişide ya da telefon üzerinden ayırt etmelerine izin verirken, medya bu duyusal nöroprostetik cihazı kullanarak ilk kez kendilerini duyabilen kişilerin duygusal hesaplarıyla doludur.
Burada, ilk kez bir koklear implant kullanarak kendini duyan 29 yaşındaki bir kadının videosunu izleyebilirsiniz:
Göz implantı
Argus II adı verilen ilk yapay retina, tamamen implante edilen elektrotlardan elde edildi ve Şubat 2013’te FDA tarafından onaylandı. Koklear implant ile aynı şekilde, bu nöroprotez retinanın hasarlı kısmını atlar ve iletir Bağlı bir kamera tarafından yakalanan sinyaller, beyne.
Bu, görüntüleri elektrik sinyallerine dönüşen açık ve koyu piksellere dönüştürerek yapılır. Elektrik sinyalleri daha sonra elektroda gönderilir, bu da sinyali beynin optik sinirine gönderir.
Argus II, görmeyi tamamen düzeltmezken, retinitis pigmentoza hastası – göz hastalarının fotoreseptörlerine zarar veren bir durum – pek çok hastanın rapor ettiği, yaşamlarında önemli bir fark yaratan konturları ve şekilleri ayırt etmesini sağlar.
Retinitis pigmentosa, ABD’de yaklaşık 100.000 kişiyi etkileyen nörodejeneratif bir hastalıktır. Onayından bu yana, 200’den fazla retinitis pigmentosa hastası, Argus II implantına sahipti ve bunu tasarlayan şirket şu anda renk tespiti yapmak ve geliştirmek için çalışıyor. Cihazın çözünürlüğü.
SCI’li kişiler için Neuroprosthetics
ABD’de yaklaşık 350.000 kişinin SCI ile birlikte yaşamakta olduğu tahmin edilmektedir ve 2010’dan bu yana SCI geçirenlerin yüzde 45’i tetraplejik olarak düşünülmektedir – yani boyundan felç olmuşlardır.
Son zamanlarda, dört ayaklı bir erkeğin kollarını düşüncelerinin derin gücünü kullanarak hareket ettirmesini sağlayan çığır açan tek hasta deneyi üzerine bir rapor aldık.
Bill Kochevar’ın elektrotları beynine cerrahi olarak yerleştirilmişti. BCI’yı düşündüğü hareketlerle eşleşen beyin aktivitesini “öğrenmek” için eğittikten sonra, bu aktivite daha sonra beyindeki elektrotlara geri iletilen elektrik darbeleri haline getirildi.
Koklear ve görsel implantların hasarlı alanı baypas etmesine benzer şekilde, bu BCI alanı da, beyin ve SCI tarafından oluşturulan hastanın kasları arasındaki “kısa devre” yi engeller.
Bu nöroprotezin yardımıyla hasta kendini başarılı bir şekilde içip besledi. Kochevar, “Harikaydı,” dedi, “çünkü kolumu hareket ettirmeyi düşündüm ve yaptı.” Kochevar, dünyada sadece araştırma amaçlı mevcut olan nöroprostetik cihazı test eden ilk hastaydı.
Bu nöroprotez hakkında daha fazla bilgiyi aşağıdaki videodan öğrenebilirsiniz:
Ancak, bu, SCI nöroprostetiğinin durduğu yer değildir.İsviçre, Lozan’daki nörobilimci Gregoire Courtin’in liderliğindeki Courtine Laboratuvarı, yaralı insanların bacaklarının kontrolünü yeniden kazanmalarına yardım etmek için yorulmadan çalışıyor. Sıçanlarla yaptıkları araştırma çalışmaları, elektrik sinyalleri kullanarak ve kesilen omurilikte sinirleri uyarmalarını sağlayarak felçli kemirgenlerin yürümesini sağlamıştır.
“Bu teknolojinin bir gün nörolojik bozukluklarla karşı karşıya kalan insanların yaşam kalitesini önemli ölçüde artırabileceğine inanıyoruz,” diyor Courtin Labs deneyi ve nörobilimcinin ortak yazarı Silvestro Micera.
Son zamanlarda, Prof. Courtine ayrıca uluslararası bir araştırmacı ekibinin, rhesus maymunlarında gönüllü bacak hareketini başarıyla oluşturmasına öncülük etmiştir. Bu, insan olmayan primatlarda yürümeyi sağlamak için ilk kez bir nöroprostetik kullanıldı.
Mahkeme, “Bu müdahalenin tüm bileşenlerinin insanlarda test edilebilmesi birkaç yıl sürebilir” diyor.
Hissediyor bir kol
Silvestro Micera, nöroprostetik konusunda başka projelere de öncülük etti, bunların arasında “hissediyor”. 2014 yılında, sensörler ile geliştirilmiş ilk yapay el hakkında rapor.
Araştırmacılar, yapay elin tendonlarındaki gerginliği, kavrama hareketlerini kontrol eden ve elektrik akımına dönüştüren ölçüldü. Buna karşılık, bir algoritma kullanılarak, bu, daha sonra bir dokunma duygusu üreten, koldaki sinirlere gönderilen impulslara çevrildi.
O zamandan beri “hissettiren” protez kolu daha da geliştirildi. Her ikisi de Pennsylvania’da Pittsburgh Üniversitesi’nden ve Pittsburgh Tıp Merkezi’nden araştırmacılar, BCI’yi dört ayaklı bir hasta üzerinde test ettiler: Nathan Copeland.
Bilim adamları, Copeland’ın beyninin yüzeyinin altında bir mikroelektrot kılıfı, yani birincil somatosensör korteksinde implante ettiler ve onları sensörlerle donatılmış bir protez koluna bağladılar. Bu, hastanın kendisinin felç olmuş eline aitmiş gibi hissettiği dokunma hissi hissetmesini sağladı.
Gözleri bağlıyken, Copeland protez kolundaki hangi parmağın dokunduğunu belirleyebildi. Algıladığı duyumlar şiddette değişiklik gösterdi ve basınçta farklı hissettiler.
Nöronlar için nöroprostetik?
Beyin kontrollü protezlerin hastaların dokunma, duyma, görme ve hareket hissini geri kazanabileceğini gördük, fakat beynin kendisi için protez üretebilir miyiz?
Avustralya Ulusal Üniversitesi’nden (ANU) Canberra’daki araştırmacılar beyin hücrelerini yapay olarak geliştirmeyi ve beyin için nöroprostetiğin yolunu açarak fonksiyonel beyin devreleri oluşturmayı başardılar.
Bir yarı iletken gofrete nanowire geometrisi uygulayarak, ANU’nun Mühendislik Araştırma Okulu’ndan Dr. Vini Gautam ve meslektaşları beyin hücrelerinin büyümesine ve eşzamanlı olarak bağlanmasına izin veren bir iskele kurdu.
Avustralya’da John Curtin Tıp Araştırma Okulu’ndan proje grubu lideri Dr. Vincent Daria, araştırmalarının başarısını şöyle açıklıyor:
“Nöronlar arasında kestirimci bağlantılar kurabildik ve eşzamanlı olarak ateş eden nöronlarla işlevsel olduklarını gösterdik. Bu çalışma, nörobilim ile materyal nanoteknolojisi arasında daha güçlü bir bağlantı oluşturan yeni bir araştırma modeli açabilir.”
Beyin için nöroprostetikler bir gün felç geçiren veya nörodejeneratif hastalıklarla yaşayan ve nörolojik olarak iyileşen hastalara yardımcı olabilir.
ABD’de her yıl, yaklaşık 800.000 kişi bir inme geçirdi ve 130.000’den fazla insan bundan öldü. Nörodejeneratif hastalıklar da yaygındır; 5 milyon ABD’li yetişkin Alzheimer hastalığı ile yaşadığı tahmin edilmektedir, 1 milyonu Parkinson hastası ve 400,000’i multipl sklerozu tecrübe etmektedir.
Facebook’un en yeni gayreti hakkında bilgi edinin: BCI’ların gelişimi.
