Pelatihan otak, robotika membantu penderita lumpuh mendapatkan kembali beberapa gerakan

Kelumpuhan total sumsum tulang belakang dianggap tidak dapat diubah, namun penelitian baru menunjukkan bahwa robotika yang dikendalikan otak dengan umpan balik taktil dapat mengaktifkan kembali sirkuit antara otak dan saraf, secara efektif memulihkan beberapa gerakan dan sensasi tubuh bagian bawah.

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan Kamis di jurnal Laporan ilmiahmetode ini menghasilkan tujuh peserta membaik dari paraplegia lengkap menjadi paraplegia tidak lengkap. Sekitar pertengahan pelatihan, sumsum tulang belakang yang pernah rusak dan tidak aktif membaik.

“Saya terkejut,” penulis utama studi, Dr. Miguel Nicolelis, direktur Pusat Neuroengineering di Duke University, mengatakan kepada FoxNews.com. “Saya tidak pernah menyangka bahwa dalam enam, tujuh bulan kita akan melihat tanda-tanda pemulihan. Beberapa dari pasien ini telah mengalami lesi (tulang belakang) selama lebih dari satu dekade.”

Tujuh dari delapan peserta – enam laki-laki dan dua perempuan – menyelesaikan tiga fase pelatihan selama 12 bulan sebagai bagian dari studi proyek Walk Again di Sao Paolo, Brasil, sebuah kolaborasi lebih dari 100 ilmuwan dari 25 negara.

Selama sebagian besar pelatihan, pasien mengenakan sarung yang dilengkapi dengan sensor yang memberikan umpan balik sentuhan, mirip dengan guncangan yang dirasakan seorang gamer dengan pengontrol genggam. Otak pasien menghasilkan sensasi realistis bahwa kakinya bekerja, dan peserta melaporkan perasaan seolah-olah mereka bergerak lagi.

Pasien memulai dengan bekerja dalam realitas virtual, di mana mereka belajar cara menggunakan avatar mereka sendiri. Mereka dipasangi topi yang dilapisi elektroda non-invasif yang mencatat aktivitas otak mereka melalui electroencephalogram (EEG) dan diminta untuk membayangkan bahwa mereka sedang berjalan di lingkungan virtual. Para ilmuwan tidak mengamati sinyal yang diharapkan di area yang berkaitan dengan kontrol motorik pada kaki. Namun enam hingga delapan minggu setelah pelatihan, mereka melihat aktivitas otak ketika pasien berpikir untuk menggerakkan kaki mereka.

“Menariknya, pada saat itu mereka mulai melaporkan bahwa mereka memiliki pengalaman yang sangat berbeda – (mereka merasakan) umpan balik sentuhan, bahkan dalam realitas virtual, mengatakan kepada mereka, ‘Saya tahu saya sudah bangun dan berdiri, tapi rasanya kaki saya seperti terkilir. bergerak,” kata Nicolelis, yang juga seorang profesor neurobiologi di Duke.

Ketika pasien merasakan sensasi hantu, mereka dipindahkan ke ZeroG, sebuah robot berdiri yang menopang pengguna di atas sehingga ia pada dasarnya tidak berbobot. Kemudian mereka maju ke Lokomat, sebuah robot exoskeleton di atas treadmill yang memberikan pengalaman berjalan lebih realistis.

Pasien tidak hanya mendapatkan kembali keterampilan motorik dan sensoriknya, tetapi kontrol kandung kemih, fungsi usus, dan pergerakannya juga meningkat. Penderita lumpuh berisiko tinggi terkena infeksi saluran kemih, yang dapat menyebabkan komplikasi fatal.

“Sekarang mereka bisa keluar rumah, tidak perlu memakai popok, bisa mengendarai mobil modifikasi,” kata Nicolelis. “Beberapa pasien bahkan mendapatkan pekerjaan untuk pertama kalinya.”

Usia pasien berkisar antara 26 hingga 38 tahun, dan cedera mereka terjadi pada usia tiga tahun hingga 13 tahun.

“Konsensusnya adalah Anda tidak bisa berkembang,” kata Nicolelis. “Hal ini mungkin mengubah filosofi terhadap pasien dengan apa yang disebut sebagai lesi lengkap secara klinis.”

Dalam pelatihan pasca-studi yang berkelanjutan, peserta tidak berjalan secara mandiri, melainkan menggunakan perangkat robotik. Beberapa pasien dapat menggerakkan tulang eksoskeleton secara mandiri, yang berarti mereka dapat mempertahankan atau meningkatkan massa ototnya.

“Kami berharap ini adalah sesuatu yang dapat mereka lakukan seumur hidup, dalam hal meningkatkan kualitas otot, tulang dan sendi, karena semuanya membusuk akibat lesi (tulang belakang),” kata Nicolelis.

Efek dari umpan balik yang nyata

Pada akhir masa penelitian, pada bulan Desember 2014, separuh pasien direklasifikasi dari paraplegia komplit menjadi paraplegia parsial. Pada bulan Juni, semua pasien yang tersisa direklasifikasi. Karena pasien terakhir berpindah kategori pada bulan Mei, peneliti menunjukkan bahwa dokter yang melakukan pekerjaan serupa di masa depan harus menangani pasien selama mereka bisa.

“Semua bekas luka berbeda-beda, jadi waktu untuk setiap orang berbeda-beda,” kata Nicolelis.

Sebelum penelitian berakhir, satu pasien pindah dan keluar. Kemampuan yang dia peroleh selama pelatihan telah berkurang, kata Nicolelis.

Realitas virtual telah dipelajari untuk kelumpuhan, tetapi hanya dengan elemen visual, bukan umpan balik haptik dari perasaan menyentuh tanah, kaki yang ditekuk atau diluruskan, dan sentuhan tumit – yang merupakan kunci keberhasilan mereka, karena ini adalah konsep internal. belajar berjalan selama masa kanak-kanak, kata para peneliti.

“Ini adalah komponen yang sangat penting dalam pemulihan ini, karena otak sekarang bekerja pada dasarnya seperti di masa lalu ketika pasien sudah bisa berjalan,” kata Nicolelis. “Kombinasi koneksi otak, ditambah umpan balik, ditambah langkah, ketiga faktor ini dapat berkontribusi pada (kemajuan).”

Dengan cedera tulang belakang, otak seolah-olah mulai melupakan informasi tersebut, sehingga untuk memperkenalkan kembali konsep berjalan, tubuh memerlukan lingkungan yang sangat realistis yang melibatkan sensasi tersebut, tambahnya. Pasien tidak diperbolehkan menggunakan teknologi pribadi seperti ponsel sehingga mereka dapat fokus selama terapi, dan konsentrasi tersebut membuat mereka merasa seperti benar-benar berolahraga lagi, lapor mereka.

Memasuki ZeroG dan Lokomat merangsang saraf pasien, mengaktifkan kembali pesan antara otak dan otot, ligamen, dan persendian.

“Ini mungkin perbedaan yang memungkinkan kami mengamati pemulihan klinis yang belum pernah dilihat oleh siapa pun dengan pendekatan yang lebih pasif,” kata Nicolelis. “Ternyata Anda harus melibatkan otak secara aktif untuk memicu pemulihan semacam ini.”

“Kami akan terus berjalan”

Penelitian sebelumnya oleh para peneliti menemukan bahwa 2 hingga 10 persen saraf pada seseorang dapat lumpuh total dari sudut pandang klinis, selamat dari trauma sumsum tulang belakang yang asli. Dalam studi baru, mereka mencatat bahwa pelatihan dapat menyebabkan regenerasi saraf yang cukup untuk membawa pesan dari otak ke sumsum tulang belakang, dan dari sumsum tulang belakang ke otak, hanya pada beberapa serat yang masih hidup.

Mereka tidak yakin berapa lama kemajuan dapat bertahan, atau apakah atau kapan kemajuan tersebut dapat stabil.

“Pada dasarnya, kami akan terus melakukannya selama kami bisa untuk melihat seberapa jauh kami dapat mengambil tindakan tersebut,” kata Nicolelis. Peserta kini menjalani pelatihan dua kali seminggu selama kurang lebih satu jam.

Meskipun pasiennya masih muda, para peneliti tidak berpikir usia mempengaruhi keberhasilan teknologi tersebut. Mereka yakin, yang lebih penting adalah mereka menemukan pasien untuk kelompok studi berikutnya yang menderita cedera tulang belakang baru-baru ini, bukan satu dekade setelahnya.

Selanjutnya, para peneliti yang berpartisipasi dalam proyek Walk Again ingin menyebarkan protokol pelatihan mereka agar temuan mereka dapat diakses oleh lembaga penelitian lain. Mereka berharap ilmuwan lain akan meniru hasilnya.

“Hal ini memberi harapan bahwa ketika para ilmuwan dari berbagai negara, bidang, dan disiplin ilmu bersatu untuk mencapai tujuan – dan tujuan kami sangat sederhana, hanya untuk membuat pasien berpindah – kami tidak pernah menyangka akan mencapai tujuan ini,” kata Nicolelis. “Ketika Anda mendapatkan kerja sama ini di tingkat internasional, Anda benar-benar dapat mencapai hal-hal yang sangat penting dari sudut pandang kemanusiaan.”