По сути, был создан беспроводной интерфейс между головным и спинным мозгом, используя технологию интерфейса мозг-компьютер, которая преобразует мысли в действия. Ученые-медики вживляют "умный" имплантат в поврежденный участок спинного мозга, из-за которого происходит паралич нижних конечностей. Исследователи из Калифорнийского университета (University of California) опубликовали результаты своих экспериментов — им удалось восстановить целостность спинного мозга крыс с помощью нейронов, полученных из стволовых клеток.
Результаты исследований
- О разработке:
- Как работает технология?
- Вводимый через шприц имплант восстановил подвижность у мышей с параличом
- Российский нейроимплант поможет двигаться пациентам с травмами спинного мозга - ФармМедПром
- Что такое опухоль спинного мозга
Важная победа над природой: как скоро можно будет чинить спинной мозг
Уже через 10 минут наблюдались результаты моторного обучения, но только у подопытных мышей: их лапки оставались высоко поднятыми, избегая электрической стимуляции. Этот результат показал, что спинной мозг может ассоциировать неприятные ощущения с положением ног и адаптировать свою двигательную активность таким образом, чтобы избежать неприятных ощущений. И все это без участия мозга. Двадцать четыре часа спустя они повторили 10-минутный тест, но поменяли местами подопытных и контрольных мышей. Подопытные мыши по-прежнему не поднимали ноги, то есть в спинном мозге сохранилась память о прошлом опыте, который мешал новому обучению. Установив таким образом, что в спинном мозге происходит как непосредственное обучение, так и формирование памяти, команда исследователей приступила к изучению нейронной цепи, которая обеспечивает эти функции. Они использовали шесть видов трансгенных мышей, у каждой из которых был отключен разный набор спинальных нейронов, и протестировали их на способность к формированию моторной памяти, а затем — к обратному обучению. Было установлено, что задние конечности мышей не адаптировались для избегания электрических разрядов после отключения нейронов в верхней части спинного мозга, особенно тех, которые экспрессировали ген Ptf1a.
Более того, часть путей нейронов в головном мозге смогла перестроиться, и пациент ряд действий мог совершать даже без искусственной стимуляции. Когда-нибудь, отмечают исследователи в своей статье в Nature, подобные технологии смогут вернуть к активной жизни людей с травмами позвоночника. Если это работает на одном пациенте, то может быть повторено с другими. Вечерний 3DNews Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий. Материалы по теме.
Важнейшими участниками этих процессов являются клетки микроглии — иммунные клетки центральной нервной системы», — пояснила первый автор статьи, младший научный сотрудник НИЛ «Генные и клеточные технологии» Эльвира Ахметзянова. Сотрудниками лаборатории было изучено поведение клеток микроглии в условиях моделирования травмы спинного мозга in vitro различной степени тяжести в различные посттравматические периоды острый, подострый и хронический. Клетки микроглии при травме спинного мозга активируются, то есть возникает иммунный ответ, и его степень напрямую зависит от тяжести травмы. В результате активации эти клетки приобретают нейротоксический или нейропротективный фенотип — происходит процесс их поляризации. Они поляризуются спонтанно, но обычно в большей степени происходит поляризация в сторону нейротоксического фенотипа, так как этому способствует выброс провоспалительных молекул разными клетками в эпицентре повреждения. Активация клеток микроглии в случае приобретения нейропротективного фенотипа способствует восстановлению нервной ткани.
Устройство, которое вживляется в место травмы, может стимулировать рост нервных тканей. Ученые пояснили, что паралич возникает из-за остановки передачи нервного сигнала. Если восстановить нервные ткани, то пациент может вернуть двигательные функции. Используем биорастворимые полимеры, которые близки по механическим характеристикам к нативным тканям спинного мозга сотрудник лаборатории Элеонора Зеленова По ее словам, исследователи создали направленную наноструктуру, к которой прикрепляются клетки, образуя новые пути.
ПОДПИСАТЬСЯ НА РАССЫЛКУ
- Нейроинтерфейс между спинным и головным мозгом позволил ходить паценту с травмой позвоночника
- Содержание
- Ученые создали имплант спинного мозга — он вылечил 80 процентов случаев хронического паралича мышей
- Как лечить парализованных больных: открытие ученых | 360°
- Спинной мозг также может обучаться и запоминать
Ученые вернули возможность ходить мышам с травмами спинного мозга
Нейростимуляция осуществляется с помощью небольшого прибора-генератора электрических импульсов, который имплантируется в область спинного мозга. Новости окружающая среда Спинной мозг беспроводным способом подкл. Врачи соединили мозг парализованного человека со спинным в обход повреждённого участка — он начал ходить Они вживили ему несколько имплантов, которые образовали беспроводную связь между головным и спинным мозгом Новости Несколько имплантов. Теперь же с помощью цифрового моста — электродов, помещаемых между спинным мозгом и позвоночником и имитирующих сигналы, которые поступают от головного мозга — был совершен прорыв в медицине.
Новое открытие учёных о спинном мозге
| Человеческому мозгу вернули контроль над парализованными ногами | Новости науки и техники/. |
| Вводимый через шприц имплант восстановил подвижность у мышей с параличом | Ученые-медики вживляют "умный" имплантат в поврежденный участок спинного мозга, из-за которого происходит паралич нижних конечностей. |
| Главный онколог «СМ-Клиника» об опухолях спинного мозга | Немецкие ученые научились восстанавливать спинной мозг: последние новости 2021 года. Они создали из стволовых клеток каркасы, которые можно успешно имплантировать в спинной мозг с целью восстановления повреждений нервов. |
Ученые вернули возможность ходить мышам с травмами спинного мозга
Сайт для специалистов и больных по проблеме травматической болезни спинного мозга. Клиника, диагностика, лечение, реабилитация. Новейшие достижения и перспективы исследования. Когда участник исследования думает о движении руки или кисти, мы «перезаряжаем» его спинной мозг и стимулируем его мозг и мышцы, чтобы помочь восстановить связи, обеспечить сенсорную обратную связь и способствовать выздоровлению. Сам спинной мозг весит всего 30-35 грамм, имеет диаметр около 1 см и длину 40-45 см. В сравнении со многими другими органами, спинной мозг просто крохотный, но, тем не менее, он исключительно важен. «Функциональность имплантов спинного мозга была изучена с использованием тестов in vivo на лабораторных животных, которые показали высокую эффективность предлагаемой технологии для мониторинга и стимуляции нейрональной активности у млекопитающих». Российские учёные работают над особым типом клеток, на основе которых может быть создан инновационный клеточный продукт, который поможет пациентам с травмами спинного мозга, особенно в ситуациях, когда сформировались постравматические кисты. Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Гарвардского университета провели исследование, которое может иметь огромное значение для восстановления спинного мозга после травмы.
Вести с полей: спинной мозг и движение
спинной мозг? Данное видео даст вам полное представление об этом органе. Здесь отлично видно, что из себя представляют дорзальные и вентральные корешки спинномозговых нервов, как выглядит сегмент спинного мозга и, главное, где находится конский хвост. Создан препарат со стволовыми клетками для лечения спинного мозга. Сайт для специалистов и больных по проблеме травматической болезни спинного мозга. Клиника, диагностика, лечение, реабилитация. Новейшие достижения и перспективы исследования. Вести с полей: спинной мозг и движение.
Человеческому мозгу вернули контроль над парализованными ногами
В первом случае есть риски неточного воздействия импланта на целевые нервы, а во втором операция несет риски повреждения ткани, а также проблемы биосовместимости. Ученые из Университета Джона Хопкинса решили обе проблемы, создав вводимый через шприц имплант. Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу До начала разработки импланта изначально они обнаружили новое место для стимуляции, которое располагается очень близко к важнейшим мотонейронам спинного мозга и одновременно доступно без хирургического вмешательства. Это позволило подойти к созданию импланта с другой стороны и разработать наноразмерное гибкое устройство, которое можно вводить с помощью небольшого шприца. Эксперименты показали, что стимуляция с помощью электрического тока восстанавливала подвижность конечностей мышей.
Принцип такой: электроды помещают между позвоночником и спинным мозгом и с их помощью стимулируют нужные нервные окончания — то есть имитируют сигналы, которые должны поступать из головного мозга. Такая стимуляция позволяла прежде парализованным людям стоять, двигать ногами, ходить, ездить на велосипеде и заниматься греблей. Однако обычно пациентам с имплантированными в позвоночник электродами приходится носить еще и датчики движения. Эти датчики отслеживают движения мышц и помогают выбирать сигнал, который следует послать в спинной мозг дальше. Это не слишком похоже на естественный контроль движения, а ходить пациенты могут если вообще могут только с опорой и только по беговой дорожке или ровным поверхностям.
Устройство испытали на мужчине 38 лет, который десять лет назад упал с велосипеда и получил неполную травму спинного мозга и перестал ходить. Несколько лет назад пациент уже участвовал в клиническом испытании: это была пятимесячная программа нейрореабилитации, основанная на все той же эпидуральной стимуляции спинного мозга. Тогда стимуляция помогла ему снова начать ходить — с помощью ходунков с колесом. Также удалось восстановить частичную подвижность без стимуляции. Еще три года мужчина применял стимуляцию дома, но ходить он мог только по плоским поверхностям, и ему было трудно останавливаться и снова начинать движение. Подниматься и спускаться по пандусам или лестницам он не мог.
В этом случае отсутствие значимого восстановления нервной ткани связано, по всей видимости, с недостаточным количеством иммунных клеток чем меньше таких клеток — тем длиннее период восстановления после травмы. Помимо этого, решающую роль играет пролонгированная активация клеток микроглии, которая не дает стабилизировать микроокружение в области травмы. Они выяснили, что клетки иммунной системы мозга играют значительную роль в процессах воспаления и восстановления при тяжелой травме спинного мозга. После травмы происходит активация множества биохимических реакций и взаимодействий между клетками, результаты которых определяют возможность восстановления нервной ткани и сохранения ее функций.
Важнейшими участниками этих процессов являются клетки микроглии — иммунные клетки центральной нервной системы», — пояснила первый автор статьи, младший научный сотрудник НИЛ «Генные и клеточные технологии» Эльвира Ахметзянова. Сотрудниками лаборатории было изучено поведение клеток микроглии в условиях моделирования травмы спинного мозга in vitro различной степени тяжести в различные посттравматические периоды острый, подострый и хронический.
Особенно интересен механизм действия интегринов. Эти молекулы действуют, связываясь с другими белками в организме. Такое связывание создает благоприятные условия для восстановления и регенерации поврежденной нервной ткани.
Другими словами, они создают благоприятную среду для восстановления связей между нейронами, что позволяет восстановить коммуникацию между нервными клетками. Научный прорыв, ставший возможным благодаря инновационной методологии Исследовательская группа Калифорнийского университета под руководством доктора Майкла Софрониева применила инновационный подход к решению проблемы регенерации нейронов, основанный на использовании интегринов. В контексте исследований спинного мозга было установлено, что интегрины являются ключевыми игроками в стимулировании роста аксонов. При их повреждении, как это происходит при травме спинного мозга, связь между нервами прерывается, что приводит к потере функциональности. Группа специалистов Калифорнийского университета решила использовать интегрины для стимулирования роста поврежденных аксонов.
Сначала они использовали передовой генетический анализ для выявления групп нервных клеток, способных улучшить ходьбу после частичного повреждения спинного мозга.
Science: Ученые заставили мышей пойти после повреждения спинного мозга
Аналогичным образом второй имплантат размещается над частью спинного мозга, которая управляет ногами. Ученые заявили, что революционная технология "превращает мысли в действия", восстанавливая нарушенную связь между головным мозгом и областью спинного мозга, контролирующей движения. Первым пациентом стал 40-летний голландец, инженер Герт-Ян Оскам, который получил травму спинного мозга после аварии на велосипеде во время работы в Китае в 2011 году. Он остался парализованным, но уже через несколько дней после того, как хирурги откалибровали имплантаты, он заметил улучшения. В течение пяти минут я мог управлять своими бедрами". Герт-Ян Оскам С тех пор, после долгих тренировок, пациент смог ходить, подниматься по лестнице и преодолевать пандусы.
Он также вновь открыл для себя походы с друзьями в бар.
Сигналы беспроводным образом передавались на гарнитуру, прикреплённую к голове, с неё — на лэптоп в рюкзаке за спиной. Лэптоп расшифровывал сигнал из головного мозга, чтобы стало понятно, о каком движении он думал. Дальше уже спинномозговому имплантату отправлялась информация, на какие мышцы нужно подействовать, чтобы совершить запланированное движение. Считыванием сигналов из мозга и перевод их в понятные алгоритмические команды занимаются нейрокомпьютерные интерфейсы. Здесь нейрокомпьютерный интерфейс соединили со спинномозговым имплантатом, и вместе они продублировали исходное спинномозговое соединение, повреждённое травмой. На то, чтобы освоиться с новой системой, понадобилось сорок тренировок, после чего доброволец с двумя имплантатами начал двигаться более естественно и в произвольном ритме. Теперь он мог, например, садиться в машину и выходить из неё, и даже, как было сказано, подниматься и спускаться по лестнице. Благодаря тому, что электростимуляция спинного мозга теперь была под контролем пусть и опосредованным мозга головного, движения в щиколотках, коленях и тазобедренных суставах стали более точными хотя нельзя сказать, что человек стал двигаться абсолютно свободно — движения даются всё-таки с определённым усилием.
Травма не полностью разрушила связи в спинном мозге, какие-то из них остались, и, по-видимому, благодаря системе с двумя имплантатами оставшиеся связи усилились — головной мозг стал лучше чувствовать парализованную часть тела. Разумеется, нужно помнить, что систему с двумя имплантатами испытали пока только на одном-единственном человеке, и что в мозг хирургическим путём вживили набор из нескольких десятков электродов — а такие операции не всегда проходят абсолютно удачно. Тем не менее, даже в таком единичном варианте видно, что подход с нейроинтерфейсом и спинномозговой стимуляцией как таковой работает.
Историк Марьяна Скуратовская Узнать больше Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки! Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате. Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий!
Оказывается, с болезнями позвоночника очень многое связано. Тема съезда «Противоречия в вертебрологии и опыт смежных специальностей». Одно из противоречий — ситуация, в которой направление оказалось в условиях санкций, но все постепенно успешно решается. Белорусская компания, уверяют хирурги, по техническому уровню не уступает, по цене выигрывает.
Юрий Палатенко, коммерческий директор «Медбиотех»: «Нам часто задают вопрос, почему мы не работаем с западными странами, с западными фирмами. Ответ очень простой: имея рядом такой огромный рынок, как Россия, было бы смешно уходить на сторону». Уральские производители оборудования горды своей продукцией настолько, что готовы открыто и заслужено хвалиться. Дмитрий Егоров, заместитель генерального директора уральского завода «ООО Медин-Урал» : «Все сделано из наших российских материалов, а данный компрессор и дистрактор сделаны их уральского титана, вся продукция Уральского региона. Можно сказать, даже узко, не российский, а уральский производитель». Российской ассоциации почти 15 лет.
Израильская компания представила инновационный метод лечения травм спинного мозга
- Виды поражений в зависимости от локализации патологии
- Новости партнеров
- Информация
- Нейроинтерфейс между спинным и головным мозгом позволил ходить паценту с травмой позвоночника
- ФГБНУ «Аналитический центр» - 29 мая 2023 г. - EPFL: встать на ноги после травмы спинного мозга
- Что такое опухоль спинного мозга
Ученые восстановили разрушенный спинной мозг
спинной мозг? Данное видео даст вам полное представление об этом органе. Здесь отлично видно, что из себя представляют дорзальные и вентральные корешки спинномозговых нервов, как выглядит сегмент спинного мозга и, главное, где находится конский хвост. Ученые показали, что при различных травмах спинного мозга у мышей можно управляемо запустить процесс образования полноценных олигодендроцитов, которые будут выполнять свои функции по миелинизации аксонов нервных клеток поврежденной ткани. При частичном повреждении спинной мозг может передавать некоторые сигналы в головной мозг и наоборот, поэтому такие пациенты обладают некоторой чувствительностью и даже некоторыми моторными функциями ниже пораженной области. Российские учёные работают над особым типом клеток, на основе которых может быть создан инновационный клеточный продукт, который поможет пациентам с травмами спинного мозга, особенно в ситуациях, когда сформировались постравматические кисты. 40-летний мужчина смог снова ходить благодаря "цифровому мосту", который беспроводным способом соединяет головной мозг с участком спинного мозга, сообщает Sky News.
Ученые восстановили разрушенный спинной мозг
При полном пересечении спинного мозга уже упомянутые «серверы» функционируют независимо от «босса» в голове. Тогда пробуждаются патологические рефлексы — набор стереотипных реакций, при которых рефлекторные дуги замыкаются на нижележащих отделах спинного мозга. Рефлексы осуществляются на основе рефлекторной дуги. Поступивший импульс регистрируется рецептором. По афферентному приносящему волокну сигнал идёт в ЦНС.
Там расположены вставочные нейроны. Под вставочным нейроном понимается та нервная клетка, которая связана только с другими нейронами. В этом состоит её отличие от чувствительных и двигательных нейронов. Именно вставочные нейроны решают, отвечать ли организму на воздействие.
Сформированный ими сигнал идёт на моторный нейрон. С помощью эфферентного выносящего волокна команда передаётся клеткам-исполнителям. Таким образом,у нас разгибается нога при ударе по коленной чашечке и отдёргивается рука, схватившая горячий предмет. В случае спинальной травмы неизбежно проявится дисфункция тазовых органов, выражающаяся в задержке отделения мочи и стула.
Впрочем, даже парезы и плегии — меньшее зло по сравнению со спинальным шоком. При нём возникает опасное падение артериального давления. Его причина состоит в нарушении баланса между двумя отделами вегетативной автономной нервной системы: симпатики и парасимпатики. Спинальный шок «На пальцах» разницу между ними понять нетрудно.
Симпатика отвечает за возбуждение и тонус. Парасимпатика — за торможение и релаксацию. На упрощённой схеме видно, что центры, отвечающие за иннервацию органов, расположены в порядке иерархичности сверху вниз. В случае спинальной травмы без нормальной иннервации остаётся всё, находящееся ниже места разрыва.
Релакс может быть очень плохим, особенно когда им занимаются кровеносные сосуды. Их стенка расслабляется, падает перфузионное давление — и клетки остаются без кислорода из кровотока. Продукты распада тоже никто не выводит. Сначала клетки пытаются бороться.
По мере исчерпания ресурсов они переходят на более экономный путь извлечения энергии. Детский вопрос: зачем мы дышим? И правда, зачем людям вообще нужен кислород? Биохимики знают ответ.
Кислород — краеугольный камень цикла Кребса. Именно на кислороде пересекается три принципиально важных пути метаболизма: клеточное дыхание, гликолиз и электрон-транспортная цепочка. Цикл Кребса — это биохимическая топка, лежащая в основе снабжения организма энергией. Поначалу он кажется глобальным и монструозным, хотя в биохимии бывают и другие штуки, более трудные для восприятия.
Например, орнитиновый цикл. Так или иначе, все пути метаболизма рано или поздно замкнутся на цикле лимонной кислоты. При отсутствии кислорода метаболизм переключается на анаэробный путь. При нём возникает меньше энергии, а ещё — изменение pH крови в кислую сторону.
Показатель pH — величина логарифмическая. Это значит, что численный показатель изменяется на одну величину при увеличении или уменьшении в соответствующее количество раз. Со школьной скамьи мы знаем разницу между кислотами и основаниями. Мол, кислота — это водород с кислотным остатком, а щёлочь — металл с ним же.
В биохимии всё немного иначе. Тут кислота — любой донор электронов, а основание, соответственно, будет его акцептором. Всё бы ничего, но атом, получивший положительный или отрицательный заряд становится ионом. Ионы проявляют высокую химическую активность и ведут себя крайне агрессивно, особенно в отношении клеточных мембран.
Нарастающий ацидоз ломает клеточные мембраны, что приводит к выходу продуктов распада и литических ферментов. В норме литические ферменты сидят запертыми в специальных органеллах клетки. Вырвавшись наружу, эти вещества начинают переваривать всё подряд. В такой ситуации становится как-то не до гемодинамики.
Падение артериального давления становится катастрофическим. Сердце вроде бы качает кровь, лёгкие работают, но тело всё равно страдает от гипоксии. Спинальный шок, как и все экстремальные состояния, находится в ведении анестезиологии-реаниматологии. Этот раздел медицины занимается протезированием жизненно важных функций.
Интенсивная терапия шоков — дело сложное, крайне дорогое и не всегда успешное. Организм человека обладает резервом прочности за счёт буферных систем, но, будучи выбитым из равновесия, моментально уходит в крутое пике. Каждый новый виток патофизиологического круга усиливает предыдущий, и последствия могут быть самыми плачевными. Спинномозговые имплантаты Допустим, человека удалось спасти.
Его жизнедеятельности ничто не угрожает, но он остаётся прикованным к кровати. Можно ли вернуть спинальному пациенту возможность активных движений? Сейчас мы способны утвердительно ответить на этот вопрос. Путь к реабилитации предлагает индустрия нейропротезирования.
Блог FirstVDS уже писал о современной бионике. Мы освещали бионическое протезирование конечностей , глаз , ушей , немного коснулись искусственного производства внутренних органов методом биопринтинга. В контексте сегодняшнего материала всё куда сложнее. Нервная система биологична, высокоорганизованна и подчиняется законам кибернетики.
Она работает на каскадах электрохимических процессов в нейронах. Нервные сети накладываются друг на друга, порой самым неочевидным образом. Они сильно подвержены индивидуальной изменчивости.
Эти дни Юрий Киндеров вспоминает с ужасом. Он учитель физкультуры с 45 летним стажем. И всегда в движении. День, когда его почти парализовало, он запомнил на всю жизнь. Аллея на спуске, разогнался и начал тормозить, тормоза отказали, и пришлось искать место куда нырнуть, отклонился в сторону и в кусты вишни. Меня в спину опрокинуло», — вспоминает Юрий Киндеров.
У пациента, как уже потом выяснят врачи, был стеноз — сужение канала позвоночника. После травмы состояние ухудшилось.
С таким уникальным случаем татарстанские врачи столкнулись впервые. И оперировал пациента один из молодых нейрохирургов республики. В чем сложность вмешательства?
Операция была проведена с помощью метода ламинопластики, когда врачам пришлось буквально выпилить часть позвонка, расширить канал спинного мозга и вернуть кость на место. О том, как это все происходило, и как себя чувствует мужчина — в нашем материале. Эти дни Юрий Киндеров вспоминает с ужасом. Он учитель физкультуры с 45 летним стажем. И всегда в движении.
Выживает среди них только треть. В основном это молодые люди в возрасте 20-25 лет. Большинство из них остается парализованными на всю жизнь. Ученые предложили чаще использовать нейростимуляцию спинного мозга электричеством с помощью небольшого вживляемого стимулятора.