이 뇌

2011년에 Gert-Jan Oskam은 걷는 능력을 잃었습니다. 12년 후, 스위스 EPFL(École Polytechnique Fédérale de Lausanne)의 신경과학자들은 그가 다시 일어설 수 있도록 도왔습니다.

자전거 사고로 인한 외상성 경추 부상을 입은 오스캄(Oskam)은 생명과학공학과 교수인 그레그와르 쿠르틴(Grégoire Courtine)이 이끄는 EPFL NeuroRestore 연구 센터의 과학자들의 도움으로 다리의 통제력을 되찾았습니다. 신체 보조 및 재활을 위한 신경 기술을 연구 및 개발하는 Courtine과 그의 협력자들은 Oskam에게 손상된 척추에서 상실된 기능을 부분적으로 대체하는 장치를 이식했습니다.

5월 24일 Nature Neuroscience에 발표된 최근 논문에서 Courtine과 그의 그룹은 Oskam의 회복에 대한 세부 사항을 제시했습니다. Oskam이 겪은 것과 같은 부상은 사람의 척추 조직이 손상되어 뇌에서 신체의 나머지 부분으로의 신경 전달이 차단되어 발생합니다. 신경계와 근육계 사이의 연결이 없으면 사람은 의도한 대로 움직일 수 없습니다. Oskam의 경우 경추 부상으로 인해 뇌와 다리가 효과적으로 분리되어 걷지 못하게 되었습니다.

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Courtine의 연구는 뇌-척추 인터페이스(BSI)의 형태로 이 문제에 대한 해결책을 제시합니다. BSI는 두 단계로 작동합니다. 첫째, 뇌-컴퓨터 인터페이스는 Oskam의 뇌 표면에 배치된 전극의 신경 활동을 측정합니다. 다리 제어와 관련된 뇌 활동은 이를 인식하도록 훈련된 기계 학습 모델에 의해 디코딩된 다음 Oskam의 척추에 이식된 별도의 전극 세트를 제어하는 ​​데 사용됩니다. 이 척추 자극기는 자연스러운 걷기 동작을 유도하는 뉴런 그룹을 활성화합니다. 즉, BSI는 부상으로 인해 발생한 Oskam의 신경계의 의사소통 격차를 해소하여 그가 걷는 능력을 회복하도록 해줍니다. 새로운 시스템을 통해 그는 이제 하루에 200미터 이상을 걸을 수 있고 보행 보조기를 사용하지 않고도 3분 동안 서 있을 수 있게 되었습니다.

EPFL 팀은 다리 움직임을 제어하는 ​​뇌 영역 위에 장치를 이식했는데, 이 장치는 환자가 걷기에 대해 생각할 때 뇌에서 생성되는 전기 신호를 해독합니다.EPFL

Oskam은 현재 BSI에 사용되는 척추 자극 기술을 개발하는 동일한 그룹의 이전 연구에 참여했습니다. 이전 장치는 엉덩이, 허벅지, 종아리 및 발에 있는 많은 근육 그룹의 수축을 조정하여 Oskam의 다리에서 자연스러운 걷기 동작을 재현할 수 있었습니다. 이 동작은 Oskam에게 어느 정도 자연스럽게 느껴졌지만 원래 장치의 제어 시스템은 그렇지 않았습니다. 걷기 동작을 시작하기 위해 시스템은 Oskam이 여전히 오른쪽 엉덩이에 대해 만들 수 있는 작은 수축을 관찰한 다음 그에 따라 다리를 움직였습니다.

지미 라비에/EPFL

BSI 시스템을 완성하기 위해 뇌-컴퓨터 인터페이스를 추가하면 걷기 제어가 훨씬 더 직관적이게 됩니다. 기자회견에서 Oskam은 개선에 대해 이전 시스템에서는 "자극이 나를 제어하고 있었습니다. 이제는 내가 자극을 제어하고 있습니다"라고 말했습니다.

BSI가 제공하는 또 다른 이점은 Oskam 척추의 손상된 조직을 어느 정도 복구할 수 있다는 것입니다. 몇 주, 몇 달에 걸쳐 자극 시스템 사용법을 배운 후 Oskam과 연구원들은 그가 장치의 도움 없이도 다리를 움직일 수 있는 능력을 회복하고 있음을 발견했습니다. 그들은 Oskam이 초기 고관절 구동 자극기 시스템을 사용하는 방법을 배웠을 때 처음으로 이러한 회복을 보았지만 뇌 구동 제어를 추가하여 척추가 훨씬 더 많이 치유되는 것을 확인했습니다.

연구팀에 따르면 이러한 회복은 척추의 손상된 부분으로 전송하고 판독하는 뉴런의 조정된 동작을 재설정하는 장치에 의해 주도됩니다. 근위부에 위치한 뉴런이 비슷한 시간에 안정적으로 활성화되면 우리의 신경계는 이들을 연결하는 경향이 있습니다. Oskam의 경우 BSI 시스템은 부상 아래 척추의 뉴런을 자극했지만 손상된 조직 위의 뉴런은 여전히 ​​다리 움직임을 시작하고 제어하는 ​​뇌 부분에 연결되어 있기 때문에 여전히 활성화되었습니다. "자세한 메커니즘은 모르지만 전체적인 아이디어는 감각운동 고리가 닫혀 있다는 것입니다."라고 Courtine은 말합니다. "그는 동시에 자극을 받는 자연 경로를 통해 영역을 활성화하려고 노력하고 있습니다. 자연 경로와 디지털 경로 간의 이러한 협력은 투영의 재성장을 촉진할 가능성이 높습니다."