Bir fincan çay almak kadar basit bir şey, vücudunuzun çok fazla hareket etmesini gerektirir. Kol kaslarınız, kolunuzu bardağa doğru hareket ettirmek için ateşlenir. Parmak kaslarınız elinizi açmak için ateşlenir, ardından parmaklarınızı sapın etrafında bükün. Omuz kaslarınız, kolunuzun omzunuzdan dışarı çıkmasını engeller ve merkez kaslarınız, bardağın ekstra ağırlığı nedeniyle devrilmemenizi sağlar. Tüm bu kasların kesin ve koordineli bir şekilde ateşlenmesi gerekir, ancak tek bilinçli çabanız şu düşüncedir: “Biliyorum: çay!”

Bu nedenle felçli bir uzvun tekrar hareket etmesini sağlamak çok zordur. Felçli kasların çoğu hala çalışabilir, ancak beyinle olan iletişimleri kesildi , bu yüzden ateş etme talimatı almıyorlar. Henüz omurilikteki hasarı onaramayız, bu yüzden bir çözüm onu ​​atlayıp kaslara yapay olarak talimat vermektir. Beyin aktivitesini okumak ve yorumlamak için teknolojinin gelişmesi sayesinde, bu talimatlar bir gün doğrudan hastanın zihninden gelebilir.

Fonksiyonel elektrik stimülasyonu (FES) olarak bilinen bir teknikle, felçli kasları, kasların içine veya onları besleyen sinirlerin etrafına yerleştirilen elektrotlarla uyararak ateşleyebiliriz . Felçli kişilerin hareket etmesine yardımcı olmasının yanı sıra, mesane fonksiyonunu geri kazandırmak, etkili öksürük üretmek ve ağrı kesici sağlamak için de kullanılır. Omurilik yaralanması olan insanların yaşamlarında büyük bir fark yaratabilecek büyüleyici bir teknolojidir.

Dimitra Blana ve Keele’deki meslektaşları, bu teknolojiyi bir kolu çalıştırmak için gereken karmaşık talimatlar dizisiyle nasıl eşleştirecekleri üzerinde çalışıyorlar . O fincan çayı almak istiyorsanız, hangi kasların ne zaman ve ne kadar ateşlenmesi gerekiyor? Ateşleme talimatları karmaşıktır ve sadece çok sayıda çekirdek, omuz, kol ve parmak kasları dahil değildir. Çayınızı yavaş yavaş içerken bu talimatlar değişir, çünkü bardağın ağırlığı değişir. Burnunuzu kaşımak gibi farklı bir şey yapmak için talimatlar tamamen farklıdır.

İşe yarayan birini bulma umuduyla felçli kaslar üzerinde çeşitli ateşleme kalıplarını denemek yerine, bunları hesaplamak için kas-iskelet sisteminin bilgisayar modellerini kullanabilirsiniz. Bu modeller, hareket sırasında kasların, kemiklerin ve eklemlerin nasıl hareket ettiğinin ve etkileşime girdiğinin matematiksel tanımlarıdır. Simülasyonlarda kasları daha güçlü veya daha zayıf, “felçli” veya “dışsal olarak uyarılmış” hale getirebilirsiniz. Farklı pişirme kalıplarını hızlı ve güvenli bir şekilde test edebilir ve modellerin çay fincanlarını tekrar tekrar – bazen diğerlerinden daha başarılı bir şekilde – almasını sağlayabilirsiniz.

Kasları modellemek

Keele’deki ekip, teknolojiyi test etmek için ABD’deki Cleveland FES Merkezi ile birlikte çalışıyor ve burada araştırma katılımcılarının kaslarına ve sinirlerine 24 adede kadar elektrot yerleştiriyorlar. Elektrotların nereye yerleştirileceğine karar vermek için modelleme kullanırlar çünkü mevcut FES sistemlerinde elektrotlardan daha fazla felçli kas vardır.

Seçmeniz gerekiyorsa, subscapularisi mi yoksa supraspinatusu mu uyarmak daha iyi? Aksiller siniri uyarırsanız, elektrotu teres minör dalından önce mi sonra mı yerleştirmelisiniz? Bu zor soruları yanıtlamak için farklı elektrot setleriyle simülasyonlar yürütür ve bilgisayar modellerinin en etkili hareketleri yapmasına izin vereni seçerler.

Şu anda ekip, rotator manşet adı verilen bir grup kas tarafından stabilize edilen omuz üzerinde çalışıyor. Kol için ateşleme talimatlarını yanlış alırsanız, tereyağı bıçağı yerine çorba kaşığına uzanabilir. Rotator manşet talimatlarını yanlış anlarsanız, kol omuzdan dışarı fırlayabilir. Bilgisayar modelleri için iyi bir görünüm değil, ancak şikayet etmiyorlar. Araştırma katılımcıları daha az bağışlayıcı olacaktır.

Kavrama gibi yararlı hareketler üretmek için felçli kasları nasıl harekete geçireceğinizi bilmek, sorunun sadece yarısıdır. Ayrıca, örneğin kullanıcı bir nesneyi almak istediğinde, kasları ne zaman harekete geçireceğimizi de bilmemiz gerekir. Bir olasılık, bu bilgiyi doğrudan beyinden okumaktır. Son zamanlarda, ABD’deki araştırmacılar felçli bir bireyin beynindeki tek tek hücreleri dinlemek için bir implant kullandılar. Farklı hareketler farklı beyin aktivitesi kalıplarıyla ilişkili olduğundan, katılımcı daha sonra el kaslarının uyarılmasıyla oluşturulan önceden programlanmış altı hareketten birini seçebildi.

beyin okumak

Bu, nöral protezler alanında ileriye doğru heyecan verici bir adımdı, ancak birçok zorluk devam ediyor. İdeal olarak beyin implantlarının onlarca yıl dayanması gerekir – şu anda aynı sinyalleri birkaç hafta boyunca bile kaydetmek zordur, bu nedenle bu sistemlerin düzenli olarak yeniden kalibre edilmesi gerekir. Yeni implant tasarımları veya farklı beyin sinyallerinin kullanılması , uzun vadeli stabiliteyi iyileştirebilir.

Ayrıca implantlar, uzuvlarımızı kontrol eden milyonlarca hücrenin yalnızca küçük bir bölümünü dinler, bu nedenle okunabilen hareket aralığı sınırlıdır. Bununla birlikte, robotik uzuvların çoklu serbestlik dereceleriyle (hareket, döndürme ve kavrama) beyin kontrolü sağlandı ve bu teknolojinin yetenekleri hızla ilerliyor.

Son olarak, genellikle hafife aldığımız pürüzsüz, zahmetsiz hareketler, bize kollarımızın uzayda nerede olduğunu ve parmak uçlarımızın nesnelere ne zaman dokunduğunu söyleyen zengin duyusal geri bildirimler tarafından yönlendirilir. Bununla birlikte, bu sinyaller yaralanmadan sonra da kaybolabilir, bu nedenle araştırmacılar bir gün hareketi olduğu kadar hissi de geri getirebilecek beyin implantları üzerinde çalışıyorlar.

Bazı bilim adamları, beyin okuma teknolojisinin, sağlıklı bireylerin bilgisayarlarla, cep telefonlarıyla ve hatta doğrudan diğer beyinlerle daha verimli iletişim kurmalarına yardımcı olabileceğini düşünüyor . Bununla birlikte, bu bilim kurgu alanı olmaya devam ederken, tıbbi uygulamalar için beyin kontrolü hızla klinik gerçeklik haline geliyor.