Skader på rygmarven og neurologiske sygdomme kan give varige lammelser, så patienten ikke længere kan bevæge lemmerne. Men det kan der rådes bod på, for nu kan musklerne styres med signaler fra små chips, der er placeret direkte på hjernebarken.

En amerikansk mand har fået implanteret to chips med elektroder, der registrerer signaler fra hjernecellerne i hjernens motoriske center. Nu kan han igen bevæge sin højre arm, der ellers er lam, skriver MIT Technology Review.

Når manden tænker på at bevæge armen, registreres det af en computer, der analyserer signalerne fra de to chips. Så sendes nye signaler til tynde elektroder, der er implanteret forskellige steder i armen. Her stimulerer de musklerne, så armen bevæger sig.

Endnu er mandens bevægelser grove og ikke særlig velkoordinerede. Det skyldes primært, at manden har været lam i lang tid, så musklerne er svage. Med tankerne kan han styre en virtuel arm på en computerskærm rimelig præcist, men det kniber altså med at få den rigtige arm til at bevæge sig lige så elegant.

Forskningsresultatet fra Case Western Reserve University i USA blev præsenteret på hjerneforskningskonferencen Neuroscience 2015, der blev afholdt i Chicago i oktober 2015.

LÆS OGSÅ: Robotarm læser lam mands tanker

Hjernecellernes aktivitet registreres

Den konkrete sag viser, hvor langt lægerne generelt er nået med at forbinde hjernen med elektronik, så folk, der for eksempel er blevet lamme ved en ulykke, igen kan bevæge lemmerne.

»Igennen de seneste 15-20 år har forskerne testet teknologien hos aber for at finde ud af, om det overhovedet er muligt at afkode abernes bevægelser. Det er det, så nu er man begyndt med forsøg på mennesker,« fortæller Mads Jochumsen, der er forskningsassistent på Center for Sanse-Motorisk Interaktion, der hører under Institut for Medicin og Sundhedsteknologi på Aalborg Universitet:

Lamme Erik Sorto er blandt de forsøgspersoner, der har fået implanteret chips i hjernen. Nu kan han styre en robotarm ved blot at tænke på bevægelsen. (Foto: S. Kellis, Caltech)

Efterhånden er der en del eksempler på folk, der kan sende signaler videre til en computer ved blot at tænke de rette tanker, fordi de har fået implanteret elektroder i hjernen. Typisk anvender lægerne små chips på 4 x 4 millimeter med op til 100 silicium-elektroder, der som små nåle stikker cirka en millimeter ned i hjernen.

Her kan de registrere signaler fra enkelte hjerneceller. Når en hjernecelle aktiveres, kan det registreres af den computer, som den lille chip er forbundet til via et kabel. Man kan altså optage cellernes aktivitet, og faktisk kan kommunikationen gå begge veje, så hjernecellerne også kan blive stimuleret af elektroderne.

Muskler eller robotlemmer kan styres med tankerne

Med chips placeret på hjernens motoriske center kan elektroderne for eksempel opfange de signaler, der opstår mellem hjernecellerne, når forsøgspersonen gerne vil udføre en bevægelse. Hjernen fungerer, som den plejer, selv om forbindelsen mellem den og musklerne er afbrudt.

De rå signaler bliver analyseret af en computer, der så at sige forsøger at regne forsøgspersonens intentioner ud. På baggrund af analysen sendes nye signaler til det, forsøgspersonen gerne vil styre.

Det behøver ikke at være elektroder placeret ved musklerne som i det nye forsøg. Det kan også være en højteknologisk protese, en robotarm eller et par stærke robotben, der tillader den lamme at gå igen (et exoskelet) eller blot en musepil på en computerskærm, der bliver styret ved hjælp af tankerne.

Direkte forbindelse til en tablet

På Neuroscience 2015 kunne deltagerne eksempelvis høre om en amerikansk kvinde, der lider af amyotrofisk lateral sklerose (ALS), så hun hverken kan tale eller bevæge sig.

Via den trådløse Bluetooth-teknologi er hendes hjernechip med tilhørende computer blevet forbundet til en ganske almindelig Nexus 9 tablet, som hun nu kan styre med tankerne - præcis som hvis hun brugte en Bluetooth-mus.

Nu kan kvinden surfe på nettet, bruge alverdens Android-apps og skrive beskeder ved hjælp af tablet'ens virtuelle tastatur, og forskerne fra Stanford University arbejder på, at hun også bliver i stand til at flytte rundt på tekst og ikoner og bruge multitouch (for eksempel til at zoome ind), skriver Singularity Hub.

Kun få forsøgspersoner - endnu

Det er chips som denne, der implanteres på hjernen. Der er 0,4 millimeter mellem hver af de 100 elektroder, som stikker ned mellem hjernecellerne. (Foto: Blackrock Microsystems)

Endnu er teknologien kun på forsøgsstadiet, og det varer en del år endnu, før den vil blive udbredt blandt syge og handicappede. 

»I dag er det kun ganske få, udvalgte patienter, der har fået indopereret chips. Det er et stykke vej til de store forsøg med mange hundrede patienter,« fortæller Mads Jochumsen.

»Lægerne går forsigtigt frem, for det er ikke ufarligt at indoperere en chip i hjernen. Man skal åbne kraniet og gå gennem hjernehinden, og det giver risiko for infektioner og blødninger. Komplikationerne kan være dødelige.«

Derfor er det da også kun patienter, der er permanent lamme, for eksempel på grund af en høj rygmarvsskade eller ALS, der tør løbe den risiko - her er der meget at vinde i forhold til at blive mere selvhjulpen.

Chippen skal helst holde hele livet

Selv om de foreløbige resultater umiddelbart giver grund til begejstring, skal man huske, at der på dette tidlige stadie stadig er en del udfordringer, der skal overvindes. Blandt andet skal elektroderne have længere holdbarhed, og der skal udvikles bedre teknikker til at afkode hjernecellernes signaler.

»En chip er jo et fremmedlegeme, som kroppen straks begynder at afvise. De første chips kunne kun sidde i nogle uger, men i dag snakker vi år, så det går absolut fremad,« fortæller Mads Jochumsen og fortsætter:

»Det er stadig ikke sådan, at en 20-årig kan få implanteret en chip og så leve med den resten af livet. Der skulle vi gerne hen. Men det vil hele tiden være nødvendigt at holde godt øje med systemet, også fordi signalerne fra hjernen ændrer sig lidt med tiden, så afkodningsalgoritmerne løbende skal kalibreres.«

På vej mod flydende fingerbevægelser

I forsøgene arbejdes der meget med at forbedre det computerprogram, der sørger for at afkode hjernens signaler og forvandle dem til bevægelser som dem, patienten havde tænkt sig at udføre.

Det trådløse system, som forskere fra Brown University har udviklet sammen med Blackrock Microsystems, skal i første omgang monteres med senderen siddende på hovedbunden. (Illustration: Blackrock Microsystems)

I dag kan det tage flere måneder at optræne en patient til at kunne foretage bevægelser, der stadig er ret grove i det, og det er en ekstra udfordring, at signalerne og dermed de resulterende bevægelser ofte ændrer sig, når patienten bliver træt.

Så sent som 11. november 2015 kunne et amerikansk forskerhold melde om vigtige fremskridt i den forbindelse. I en videnskabelig artikel i Science Translational Medicine beskriver de et computersystem, hvor programmet løbende kalibrerer sig selv og på den måde automatisk kompenserer for, at signalerne ændrer sig over tid. 

Mads Jochumsen er da også fortrøstningsfuld:

»Det kan godt tænkes, at patienterne om 10-15 år vil have flydende bevægelser, og at optræningstiden er meget kortere. Til den tid vil elektroderne og computersystemet også kunne afkode mere, så patienterne får bedre kontrol over flere bevægelser og måske vil kunne bevæge de enkelte fingre.«

Trådløse systemer er næste skridt

Samtidig arbejder ingeniørerne på at skabe et trådløst system til overførsel af data mellem hjernechips og computeren. Det er nemlig bøvlet med et bundt kabler ud gennem kraniet og hovedbunden, og det giver ekstra risiko for infektioner.

Forskere fra Brown University i USA har allerede vist, at sådan et trådløst system, som også får opladet sit batteri trådløst, fungerer hos grise og aber.

Samme forskere er nu gået i gang med at teste en trådløs løsning, der kan bruges af mennesker. I første omgang er det dog meningen, at den lille sender skal sidde på oven på hovedet, så patienterne slipper ikke for at have hul i huden.

Med de mange fremskridt på området er en fremtid, hvor lamme igen kan bevæge sig - eventuelt hjulpet af robotteknologi - ikke så forfærdelig langt væk.