Geïmplanteerde hersenelektroden sturen signalen die beschadigd ruggenmerggebied omzeilen en gebruiken de gedachten van de man om beenbewegingen te stimuleren.
Dankzij een nieuwe interface tussen hersenen en wervelkolom kan Gert-Jan Oskam, die hier samenwerkt met een wetenschapper, in- en uitstappen en aan een bar staan terwijl hij een biertje drinkt. Foto JIMMY RAVIER
24 mei 2023
Gert-Jan Oskam kon in 2011 niet meer lopen toen hij bij een fietsongeluk in China zijn ruggengraat verwondde. Zes jaar later slaagde de Nederlandse man erin een paar korte stappen te zetten dankzij een kleine reeks elektroden die bovenop zijn ruggenmerg werden geïmplanteerd en die zenuw stimulerende stroomstoten afgaven. Het apparaat stelde hem in staat te lopen, maar het proces verliep stroef en soms frustrerend.
Vandaag meldt een internationaal team van onderzoekers in Nature dat ze Oskam een betere oplossing hebben gegeven, een manier om de communicatiekloof tussen zijn hersenen en zijn onderlichaam digitaal te overbruggen1. Hersengolven die het verlangen van Oskam om te lopen aangeven, gaan van een in zijn schedel geïmplanteerd apparaat naar de ruggenmergstimulator, die het signaal omleidt rond het beschadigde weefsel en stroomstoten afgeeft aan het ruggenmerg om de beweging te vergemakkelijken. Oskam kan nu vloeiender lopen, over obstakels navigeren en trappen beklimmen. “De stimulatie beheerste mij en nu beheer ik de stimulatie”, zegt hij.
Deze nieuwe interface tussen hersenen en wervelkolom lijkt ook een groter herstel te bevorderen dan stimulatie alleen. Oskam, die na het ongeluk enkele intacte ruggenmergverbindingen behield, kan ook met krukken lopen, zelfs met beide apparaten uitgeschakeld, iets wat hij nooit eerder heeft gekund.
Ruggenmergstimulatie en herseninterfaces zijn in het verleden allebei gebruikt, maar “ze zijn nog nooit op deze manier samengevoegd”, zegt Keith Tansey, neuroloog bij het Methodist Rehabilitation Center. “Vanuit het oogpunt van biomedische techniek is het een echte krachttoer.” Maar hij en anderen, waaronder de auteurs van de studie, benadrukken dat het belangrijk is te erkennen dat de studie een proof of concept is met één deelnemer. Of de andere mensen met ruggenmergletsels dezelfde resultaten zullen zien is nog niet duidelijk.
Bij sommige verlammende letsels wordt het ruggenmerg volledig doorgesneden, maar vaker blijven beschadigde verbindingen tussen de hersenen en het onderlichaam bestaan. Al tientallen jaren proberen wetenschappers manieren te vinden om deze verbroken zenuwbanen te herstellen.
De nieuwe studie bouwt voort op werk van Grégoire Courtine, een neurowetenschapper aan het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Lausanne, en Jocelyne Bloch, een neurochirurg aan de Universiteit van Lausanne. In 2018 toonden het duo en collega’s aan dat spinale stimulatie in combinatie met intensieve training2 mensen met gedeeltelijke verlamming kan helpen lopen. Oskam was een van de eerste drie deelnemers aan die proef, die elk enig gevoel in het onderlichaam behielden. Vorig jaar meldden de onderzoekers dat stimulatie ook werkt bij mensen met ernstiger letsel3 die geen gevoel of beweging in hun benen hadden.
Maar spinale stimulatie heeft enkele nadelen. Om te gaan lopen of staan moet de gebruiker het signaal handmatig opwekken, bijvoorbeeld door op een knop te drukken. Oskam kon na zijn verwonding zijn hiel nog optillen en een sensor op zijn voet kon deze kleine beweging detecteren en de stimulator starten. Daarna was de opgewekte beweging robotachtig en automatisch – niet onder Oskams bewuste controle. Op zichzelf is spinale stimulatie “een beetje poppenspel”, zegt Dennis Bourbeau, biomedisch ingenieur in het Louis Stokes Cleveland Veterans Affairs Medical Center en onderzoeker bij het Metro Health System.
“Ik voelde me bij elke stap een beetje gestrest,” zegt Oskam. “Ik moest op tijd zijn met het ritme, anders zou ik geen goede stap zetten.” En veel van de bewegingen die in het dagelijks leven nuttig zouden zijn geweest, zoals traplopen, lagen buiten bereik.
Het nieuwe systeem wil dit proces naadloos laten verlopen. De herseninterface bestaat uit twee arrays met 64 elektroden, elk ingebed in een titanium behuizing. Deze worden operatief ingebed in de schedel, één aan elke kant van het hoofd, waar ze bovenop de motorische cortex zitten en elektrische signalen opvangen. Deze signalen gaan draadloos naar een headset en vervolgens naar een laptop in een door Oskam gedragen rugzak, waar een algoritme zijn voorgenomen beweging decodeert. De computer stuurt deze voorspellingen vervolgens naar de stimulator, die verschillende patronen van elektrische pulsen afgeeft, afhankelijk van de gewenste beweging. Het combineren van deze apparaten was niet eenvoudig omdat “geen van deze systemen geacht wordt met elkaar te praten”, zegt An Do, neuroloog aan de Universiteit van Californië in Irvine.
Oskams bijgewerkte systeem stelt hem in staat zijn heup-, knie- en enkelgewrichten nauwkeuriger te besturen. Na 40 trainingssessies kan hij stappen, lopen, staan en zelfs trappen beklimmen. En de voordelen lijken zelfs te blijven bestaan als de apparaten zijn uitgeschakeld, wat erop wijst dat de verbindingen tussen zijn hersenen en zijn onderlichaam sterker zijn geworden.
“Het is nog heel pril, maar als proof of concept bij een mens denk ik dat het een enorme stap voorwaarts is”, zegt Nandan Lad, neurochirurg aan de Duke University.
Michael Fehlings, neurochirurg aan de Universiteit van Toronto, vindt de resultaten indrukwekkend, maar het is nog niet duidelijk welke mensen met ruggenmergletsel er baat bij hebben en hoeveel functie zij kunnen terugkrijgen. “Dit is een n van 1*, en de patiënt is waarschijnlijk uiterst zorgvuldig geselecteerd.”
* Een N of 1 proef is een klinische proef waarbij één enkele patiënt de hele proef vormt, een enkele casestudy. Een proef waarbij willekeurige toewijzing kan worden gebruikt om de volgorde te bepalen waarin een experimentele en een controle-interventie aan een patiënt worden gegeven, is een N of 1 gerandomiseerde proef met controle.
En sommige patiënten zouden kunnen worden afgeschrikt door de invasiviteit van de therapie. Het implanteren van de apparaten vereist een open hersenoperatie, wat risico’s met zich meebrengt. Een van de hersenimplantaten van Oskam moest na ongeveer 6 maanden worden verwijderd vanwege een stafylokok infectie.
De onderzoekers zeggen dat hun volgende stappen zijn om de technologie minder omvangrijk te maken. Bloch en Courtine zijn medeoprichters van het bedrijf Onward, dat van plan is een gestroomlijnd, volledig geïntegreerd systeem te ontwikkelen. Het team is ook van plan om te testen of de brein-wervel interface kan helpen bij het verbeteren of herstellen van bewegingen in het bovenlichaam bij patiënten met hogere ruggengraat letsels.
Fehlings is benieuwd hoe de technologie zich ontwikkelt. “Het is een zeer interessant case report. Het is een prachtig stukje techniek,” zegt hij. “Maar de resultaten moeten voorzichtig geïnterpreteerd worden.”
Bron: CASSANDRA WILLYARD
Verwijzingen:
| 1 | https://www.nature.com/articles/s41586-023-06094-5 |
| 2 | https://www.nature.com/articles/s41586-018-0649-2 |
| 3 | https://www.nature.com/articles/s41586-022-05385-7 |
Categorie: Wetenschap
Tags: Neurologie, handicap,
Beheerder Vincent W Schoers
Copyright © 2021 door zorgdatjenietslaapt.nl. Toestemming tot gehele of gedeeltelijke herdruk wordt graag verleend, mits volledige creditering en een directe link worden gegeven.
Mijn lichaam is geen eigendom van de staat. Ik heb de uitsluitende en exclusieve autonomie over mijn lichaam en geen enkele politicus, ambtenaar of arts heeft het wettelijke of morele recht om mij te dwingen een niet-gelicentieerd, experimenteel vaccin of enige andere medische behandeling of procedure te ondergaan zonder mijn specifieke en geïnformeerde toestemming. De beslissing is aan mij en aan mij alleen en ik zal mij niet onderwerpen aan chantage door de overheid of emotionele manipulatie door de media, of zogenaamde celebratie influencers.
Alles hier gepubliceerd reflecteert de mening, ziens-, denkwijze van de gene die het plaatst
