Kedua pasien lumpuh itu bangun dan berjalan di atas treadmill dalam waktu singkat. Prestasi mengesankan ini dimungkinkan oleh operasi baru yang belum pernah terjadi sebelumnya, di mana para peneliti menanamkan perangkat nirkabel di otak pasien yang merekam aktivitas otak mereka. Teknologi ini memungkinkan otak untuk berkomunikasi dengan kaki — melewati jalur medula spinalis yang patah — sehingga pasien dapat kembali mendapatkan kontrol.
Konten terkait
- Bagaimana Peretasan Jaringan Saraf dapat Membantu Mengamputasi Celah Telur
- Lima Pria Lumpuh Menggerakkan Kaki Mereka Lagi dalam Studi UCLA
Pasien-pasien ini, ternyata, adalah monyet. Tetapi langkah kecil ini untuk monyet dapat menyebabkan lompatan raksasa bagi jutaan manusia yang lumpuh: Peralatan yang sama telah disetujui untuk digunakan pada manusia, dan studi klinis sedang dilakukan di Swiss untuk menguji efektivitas terapi dari metode stimulasi sumsum tulang belakang pada manusia. (minus implan otak). Sekarang para peneliti memiliki bukti konsep, jenis neuroteknologi nirkabel ini dapat mengubah masa depan pemulihan kelumpuhan.
Alih-alih mencoba memperbaiki jalur saraf tulang belakang yang rusak yang biasanya mengirimkan sinyal otak ke anggota badan, para ilmuwan mencoba pendekatan inovatif untuk membalikkan kelumpuhan: Memotong hambatan cedera sama sekali. Implan bekerja sebagai jembatan antara otak dan kaki, mengarahkan gerakan kaki dan merangsang gerakan otot secara real time, kata Tomislav Milekovic, seorang peneliti di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Swiss. Milekovic dan rekan penulis melaporkan temuan mereka dalam makalah baru yang diterbitkan Rabu di jurnal Nature .
Ketika jaringan saraf otak memproses informasi, ia menghasilkan sinyal-sinyal khas — yang telah dipelajari oleh para ilmuwan untuk ditafsirkan. Mereka yang berkendara berjalan pada primata berasal dari daerah seukuran sepeser pun yang dikenal sebagai motor cortex. Pada individu yang sehat, sinyal perjalanan menuruni sumsum tulang belakang ke daerah lumbar, di mana mereka mengarahkan aktivasi otot-otot kaki untuk memungkinkan berjalan.
Jika cedera traumatis memutuskan hubungan ini, subjek lumpuh. Meskipun otak masih mampu menghasilkan sinyal yang tepat, dan jaringan saraf pengaktif otot tungkai utuh, sinyal-sinyal itu tidak pernah mencapai kaki. Para peneliti berhasil membangun kembali koneksi menyeluruh, teknologi nirkabel real-time - suatu prestasi yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Bagaimana sistemnya bekerja? Antarmuka buatan tim dimulai dengan array hampir 100 elektroda yang ditanamkan di korteks motorik otak. Ini terhubung ke alat perekam yang mengukur lonjakan aktivitas listrik di otak yang mengontrol gerakan kaki. Perangkat mengirim sinyal-sinyal ini ke komputer yang menerjemahkan dan menerjemahkan instruksi ini ke array elektroda lain yang ditanamkan di sumsum tulang belakang bawah, di bawah cedera. Ketika kelompok kedua elektroda menerima instruksi, itu mengaktifkan kelompok otot yang tepat di kaki.
Untuk penelitian ini, kedua monyet kera Rhesus diberi cedera tulang belakang di laboratorium. Setelah operasi mereka, mereka harus menghabiskan beberapa hari memulihkan dan menunggu sistem untuk mengumpulkan dan mengkalibrasi data yang diperlukan pada kondisi mereka. Tetapi hanya enam hari setelah cedera, seekor monyet berjalan di atas treadmill. Yang lain bangun dan berjalan pada hari ke 16 pasca-cedera.
Keberhasilan implan otak menunjukkan untuk pertama kalinya bagaimana neuroteknologi dan stimulasi sumsum tulang belakang dapat mengembalikan kemampuan primata untuk berjalan. “Sistem segera memulihkan gerakan alat gerak, tanpa pelatihan atau pembelajaran ulang, ” Milekovic, yang merancang sistem neuroprostetik berbasis data, mengatakan kepada Smithsonian.com.
"Pertama kali kami mengaktifkan antarmuka otak-tulang belakang adalah saat yang tidak akan pernah saya lupakan, " tambah peneliti EPFL Marc Capogrosso dalam sebuah pernyataan.
Implan otak baru secara nirkabel mengirimkan sinyal ke kelompok otot kaki. (Ilustrasi oleh Jemere Ruby) Teknik "peretasan" jaringan saraf otak telah menghasilkan prestasi luar biasa, seperti membantu menciptakan prosthetics sentuh-sensitif yang memungkinkan pemakai untuk melakukan tugas-tugas rumit seperti memecahkan telur. Tetapi banyak dari upaya ini menggunakan koneksi kabel antara otak dan alat perekam, artinya subjek tidak dapat bergerak dengan bebas. "Kontrol saraf pada gerakan tangan dan lengan diselidiki dengan sangat rinci, sementara kurang fokus telah diberikan pada kontrol neuron gerakan kaki, yang mengharuskan hewan untuk bergerak secara bebas dan alami, " kata Milekovic.
Christian Ethier, seorang ahli saraf di Quebec's Université Laval yang tidak terlibat dalam penelitian, menyebut karya itu sebagai "langkah besar ke depan dalam pengembangan sistem neuroprosthetic." Dia menambahkan: "Saya percaya demonstrasi ini akan mempercepat terjemahan otak invasif." -Komputer antarmuka menuju aplikasi manusia.
Dalam bagian Berita & Pandangan yang menyertainya di Nature, ahli saraf Andrew Jackson setuju, menunjukkan seberapa cepat kemajuan dalam bidang ini telah berpindah dari monyet ke manusia. Sebuah makalah tahun 2008, misalnya, menunjukkan bahwa monyet yang lumpuh dapat mengendalikan lengan robot hanya dengan otak mereka; empat tahun kemudian seorang wanita lumpuh melakukan hal yang sama. Awal tahun ini, stimulasi otot yang dikendalikan otak memungkinkan orang lumpuh untuk memahami item, di antara keterampilan tangan praktis lainnya, setelah prestasi yang sama dicapai pada monyet di 2012.
Jackson menyimpulkan dari sejarah ini bahwa "tidak masuk akal untuk berspekulasi bahwa kita bisa melihat demonstrasi klinis pertama antarmuka antara otak dan sumsum tulang belakang pada akhir dekade ini."
Array elektroda Blackrock yang ditanamkan di otak monyet telah digunakan selama 12 tahun untuk berhasil merekam aktivitas otak dalam uji klinis BrainGate; banyak penelitian telah menunjukkan bahwa sinyal ini dapat secara akurat mengontrol perangkat neuroprostetik yang kompleks. "Walaupun memang membutuhkan pembedahan, susunannya lebih kecil daripada simulator otak dalam yang ditanam dengan operasi yang telah digunakan oleh lebih dari 130.000 orang dengan penyakit Parkinson atau gangguan gerakan lainnya, " tambah Milekovic.
Sementara tes ini terbatas hanya pada beberapa fase aktivitas otak yang terkait dengan gaya berjalan, Ethier menyarankan bahwa tes ini berpotensi memungkinkan rentang pergerakan yang lebih besar di masa depan. “Menggunakan implan otak yang sama ini, adalah mungkin untuk mendekodekan maksud gerakan secara lebih detail, mirip dengan apa yang telah kami lakukan untuk mengembalikan fungsi pegang. ... Saya berharap bahwa perkembangan di masa depan akan melampaui dan mungkin mencakup kemampuan lain seperti kompensasi untuk hambatan dan menyesuaikan kecepatan berjalan. "
Ethier mencatat kemungkinan lain yang menarik: Sistem nirkabel mungkin sebenarnya membantu tubuh menyembuhkan dirinya sendiri. "Dengan menyinkronkan kembali aktivitas di otak dan pusat motorik tulang belakang, mereka dapat mempromosikan apa yang disebut 'neuroplastisitas yang bergantung pada aktivitas', dan mengkonsolidasikan setiap koneksi yang terhubung yang menghubungkan otak ke otot, " katanya. "Ini bisa memiliki efek terapi jangka panjang dan mempromosikan pemulihan alami fungsi di luar apa yang mungkin dengan terapi rehabilitasi konvensional."
Fenomena ini tidak dipahami dengan baik, dan kemungkinan tetap spekulatif pada titik ini, ia menekankan. Tetapi pencapaian nyata yang ditunjukkan oleh penelitian ini — membantu orang lumpuh berjalan kembali dengan otak mereka — sudah merupakan langkah besar.
