Một Phương Pháp Mới để Khôi Phục Khả Năng Di Chuyển của Tay - Với Một Miếng Dán Điện

Câu chuyện truyền thống về việc vượt qua tình trạng liệt thường bắt đầu từ chân: Siêu nhân thề sẽ đi lại lại; một nhân vật trong phim truyện ngôn tình bước ra khỏi chiếc xe lăn của họ. “Tôi nghĩ xã hội có xu hướng tập trung hoàn toàn vào khía cạnh đi lại của khuyết tật,” Ian Ruder, một biên tập viên tạp chí với Hiệp hội United Spinal, một tổ chức quảng cáo phi lợi nhuận cho những người bị thương tủy cột sống và các rối loạn liên quan, nói. Nhưng Ruder, người đã sử dụng xe lăn sau một tai nạn cách đây 23 năm, cho biết ngay cả việc khôi phục chỉ một phần nhỏ chức năng của tay sẽ cải thiện chất lượng cuộc sống của anh hơn là đi lại. “Sự khác biệt giữa việc có thể kẹp bằng ngón tay cái và không thể kẹp là khó hiểu với đa số mọi người,” Ruder nói. “Điều đó sẽ mở khóa một cấp độ độc lập hoàn toàn mới.”

Ruder không phải là người cảm thấy như vậy một mình. Các cuộc khảo sát về những người mắc bệnh liệt cơ cho thấy họ đánh giá việc khôi phục chức năng tay, bàng quang, cơ bụng và chức năng tình dục cao hơn là đi lại. Tuy nhiên, các công nghệ hiệu quả và tiếp cận để khôi phục chức năng motor cho cánh tay trên của một người—thay vì thông qua thiết bị giả tay—luôn là điều hiếm có. Tuy nhiên, vào đầu tháng này, các nhà nghiên cứu từ các bộ môn y tế phục hồi và kỹ thuật điện và máy tính của Đại học Washington đã báo cáo rằng họ đã khôi phục một số chức năng tay ở sáu người bằng một dòng điện được truyền qua các miếng dán trên cổ. Các lợi ích xuất hiện nhanh chóng và kéo dài trong vài tháng sau cuộc thử nghiệm mà không cần kích thích liên tục—tất cả mà không cần phẫu thuật xâm lấn nào.

“Điều này hoàn toàn làm hứng thú,” Ruder nói. "Khả năng khôi phục chức năng với một phương pháp đơn giản và không xâm lấn như vậy là rất lớn."

Sự tập trung nghiên cứu nhiều hơn vào cơ thể dưới, đặc biệt là chi, vì chuyển động của cánh tay và tay là một vũ điệu phức tạp của các tế bào thần kinh, cơ bắp và khớp. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng thay thế hoặc khôi phục chức năng đó bằng nhiều công nghệ khác nhau, từ giao diện máy tính não (BCIs) và cụm nghệ cụ đến kích thích điện cho dây thần kinh và cơ bắp. BCI được cấy ghim có triển vọng, nhưng nó đòi hỏi phẫu thuật để đặt một vi chip đọc hoạt động não, chuyển đổi nó thành các lệnh có thể sử dụng và được đeo lâu dài—và có những chi phí và rủi ro nhiễm trùng đi kèm với điều đó. Fatma Inanici, một nghiên cứu viên về phục hồi và thần kinh học tại Phòng thí nghiệm Chet Moritz của Đại học Washington và là tác giả chính của nghiên cứu, làm việc trên một điều gì đó dễ tiếp cận hơn. "Thay vì phẫu thuật," cô nói, "bạn có thể đặt các điện cực lên da và bật thiết bị để kích thích tủy sống."

Công việc của Inanici, được xuất bản trong IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, dựa trên bằng chứng trước đó cho rằng việc đưa dòng điện vào tủy sống cải thiện khả năng di chuyển. Cuộc thử nghiệm của đội ngũ của cô kiểm tra xem việc kết hợp kích thích đó với huấn luyện phục hồi thể chất cho tay của người tham gia có thể cho họ thực hiện các hoạt động mà họ không thể đạt được chỉ với việc tập luyện một mình. Sáu người bị tê liệt do chấn thương tủy sống tham gia thử nghiệm, mỗi người có một loạt khác nhau về khả năng, từ hầu như không có chức năng tay đến trên 50%. Trong một tháng, họ làm việc mỗi tuần với một HLV cá nhân, kẹp hạt, xếp khối và buộc nút. Nhưng phục hồi chỉ giúp họ đến một mức độ nào đó. “Tất cả những điều này đều khó chịu đối với tôi,” nói Jessie Owen, một giáo viên từ Washington và một trong những người tham gia. “Tôi không tiến triển nhiều.”

Tháng tiếp theo, Inanici và đội của cô dán hai miếng dán hydrogel tròn linh hoạt vào phía sau cổ của mỗi người tham gia, ngay phía trên cổ áo. Mỗi miếng dán có kích thước khoảng bằng một đồng xu và rộng như một chiếc điện thoại di động cũ mập mạ.

So với các bộ phận giả mạo và vi xử lý não được cấy ghim, cơ chế của kỹ thuật kích thích thần kinh là đơn giản. Chấn thương tủy sống giảm giao tiếp giữa não và cơ thể xuống cấp độ thấp. Não gửi các tín hiệu đến dây thần kinh ở cánh tay hoặc tay để kích thích chuyển động, nhưng xung điện này bị làm dịu; không đủ để kích hoạt chuyển động. Tuy nhiên, ngay cả trong trường hợp nặng nề, một số tương tác điện năng vẫn tồn tại. Mục tiêu của các miếng dán cổ của Inanici là tăng âm lượng—tăng tín hiệu yếu từ não để vượt qua ngưỡng đó. Kích thích không trực tiếp làm cơ bắp hoạt động. Nhưng bằng cách đưa một dòng điện mạnh đến sợi dẫn từ dây thần kinh cột sống, gọi là “các rễ gai,” nhóm nghiên cứu giả thiết rằng họ có thể kích thích chuyển động tự nguyện.

Nhưng mánh khéo để đưa dòng điện xoay chiều qua da, mạnh mẽ đủ để đến tủy sống, nhưng không đau đớn, là ẩn nấp nó trong tần số chồng chéo đúng, hoặc sóng mang. Ở tần số thấp, như loại chạy qua ổ cắm tường của bạn với 60 hertz, một dòng điện 10 miliampe gửi các tín hiệu đau lên dây thần kinh trong da—đau lắm. Nhưng ở 10 kilohertz, điện trượt qua những dây thần kinh này mà không bị chú ý. Inanici sử dụng một máy tính bảng để kiểm soát dòng hiện của mỗi bộ kích thích, và cô phát hiện rằng cô có thể tăng nó lên đến 120 miliampe và vẫn giữ nó không xâm lấn. “Hầu hết mọi người chịu được nó dễ dàng,” Inanici nói. “Nó giống như một cảm giác râm ran hoặc kích thích.” (Trong thử nghiệm, họ giữ mức giữa 40 và 90 miliampe.)

Sau đó, khi những người nghiên cứu đã kết nối các tình nguyện viên, người tham gia tiếp tục các hoạt động của họ. Đối với một người, ảnh hưởng của việc kích thích tủy sống đó là ngay lập tức. Anh ta có thể nắm chặt một quả bóng bàn giữa ngón tay cái và ngón tay út và đặt nó vào một cái xô—di chuyển đầu ngón tay của anh ta lần đầu tiên kể từ khi bị chấn thương. “Phản ứng ngay trong buổi tập đầu tiên thực sự là bất ngờ,” Inanici nói. “Nó thật là hứng thú.”

Những người khác, kể cả Owen, cải thiện từ từ nhưng rõ ràng. “Đối với tôi, đó không phải là công tắc ánh sáng, nhưng vào tuần thứ hai, tôi có thể xếp nhiều khối hơn,” nói Owen. “Và tôi không nhanh, tôi không xuất sắc. Nhưng nó tốt hơn nhiều.”

Sau bốn tháng luyện tập—bao gồm hai tháng kích thích—mọi người đều tăng gấp đôi sức mạnh kẹp của họ. Một số người tăng gấp đôi sức mạnh nắm bắt. Inanici nói rằng một người đã khôi phục đủ sự khéo léo để lái xe mà không cần thiết bị hỗ trợ. Người khác có thể xử lý ống nước tiểu đủ tốt để tự mình chèn nó. Owen quyết định thử vẽ tranh. Ở đầu thử nghiệm, cô nhớ lại, “Tôi nghĩ, ‘Tôi có thể giữ một cây bút và một số lọ màu, vì sao tôi không thử?’” Vì vậy, cô đặt mua một bộ vẽ theo số của một bức tranh chó. “Nó khá khó khăn, và tôi không nghĩ nó thành công lắm, nhưng tôi vẫn rất ấn tượng,” cô nói.

Tuy nhiên, khi cô mang nó đến phòng thí nghiệm, “đó thực sự là một khoảnh khắc xúc động đối với tôi,” Inanici nói. “Thậm chí là một đóng góp nhỏ vào sức khỏe và chất lượng cuộc sống của mọi người cũng là điều thật đáng giá.”

Tại sao nó lại thành công? Inanici nghĩ rằng điều này xảy ra vì thiết bị làm cho nhiều chuyển động trở nên có thể, điều này làm cho việc phục hồi dễ dàng hơn, điều này lại làm cho nhiều chuyển động trở nên có thể hơn—và cứ thế trong một chu kỳ. Hoạt động mới hấp dẫn các tế bào thần kinh xây dựng kết nối mạnh mẽ hơn, thể hiện tính linh động thần kinh. “Bằng cách luyện tập chuyển động điều này lần này và lần nữa, các cấu trúc thần kinh được kích hoạt này trở nên mạnh mẽ hơn,” Inanici nói. “Chúng kết nối với nhau tốt hơn. Vì vậy, sau một thời gian, chúng không cần bất kỳ kích thích bên ngoại nào nữa.”

Đội của Inanici theo dõi khả năng di động của mọi người trong ba đến sáu tháng sau buổi tập cuối cùng của họ, hy vọng rằng việc phục hồi sẽ giúp họ xây dựng lại chức năng đã mất một cách lâu dài hơn. Họ báo cáo rằng mọi người giữ lại một phần của những đạt được quý giá của họ trong khoảng sáu tháng mà không cần kích thích nào.

“Điều đó, tôi nghĩ, có lẽ là phần thú vị nhất,” nói Peter Grahn, một kỹ sư cấp cao thuộc Bộ Phẫu thuật Não của Mayo Clinic, người không tham gia vào nghiên cứu. Grahn bị thương tích ở đốt số năm của mình trong một tai nạn bơi lội vào năm 2005, dẫn đến tình trạng bại liệt cả bốn chi. “Có một phương pháp điều trị tiềm năng có thể cố gắng khôi phục lại một số chức năng này là rất thú vị đối với tôi cá nhân, cũng như là một người nghiên cứu trong lĩnh vực này,” ông nói.

Jennifer Collinger là một kỹ sư sinh học tại Đại học Pittsburgh nghiên cứu công nghệ di động cho người tàn tật và đã tiến hành các cuộc khảo sát để hướng dẫn nghiên cứu của mình. Cô cho biết kết quả của Inanici thuyết phục và những cải thiện kéo dài là đầy khích lệ. Cô lưu ý rằng các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này biết rằng những người tàn tật thích các công nghệ ít cồng kềnh hơn—cả BCI và neurostimulation đều còn đường xa để đạt được điều đó. “Chúng tôi muốn làm cho nó càng dễ sử dụng và không thể nhìn thấy càng tốt,” cô nói. “Nhưng kịch bản tốt nhất là mọi người có thể trở lại như trước khi bị thương mà không cần thiết bị công nghệ hàng ngày cần được đeo hoặc hiệu chỉnh.”

Mỗi phương pháp mới nổi đều có ưu và nhược điểm của nó. Sự đa dạng trong cộng đồng người tàn tật có nghĩa là không nhất thiết có một thiết bị tốt nhất cho tất cả mọi người—nhiều người không đồng tình với việc liệu liệu điện cấy như BCI có đáng giá chi phí và rủi ro nhiễm trùng, Ruder nói.

"Việc bạn có thể dính một vài điện cực vào sau cổ và tạo ra những cải thiện có vẻ không thể nào khác có thể làm được là điều hấp dẫn và chắc chắn sẽ dẫn đến các nghiên cứu mới trong tương lai," nói Robert Gaunt, một kỹ sư thần kinh phát triển BCI, cụm cánh tay giả và công nghệ kích thích tại Đại học Pittsburgh. Nhưng ông lưu ý rằng quy mô mẫu nhỏ của nghiên cứu làm phức tạp công việc đo lường cải thiện trung bình. Sự cải thiện nhỏ có ý nghĩa hơn đối với người bắt đầu với gần như không có chức năng nào hơn là với người có chức năng một phần. Và với sự đa dạng của các chấn thương có sẵn, một thử nghiệm sáu người không thể nói lên cho tất cả mọi người. "Mà không có nghiên cứu thêm," ông nói, "sẽ rất khó để dự đoán mức độ cải thiện mà bất kỳ người nào có chấn thương tủy sống có thể đạt được từ loại liệu pháp này, họ có thể hưởng lợi từ điều này đến mức nào."

Và chấn thương tủy sống cũng không phải là nguyên nhân duy nhất gây liệt. Đột quỵ, bệnh truyền nhiễm và thoái hóa đa dạng không nghe lời của não đến cơ thể theo cách khác nhau, và vì vậy họ có thể không phản ứng lại một cách giống nhau với sự kích thích thêm vào tủy sống. Inanici nói rằng công việc tương lai của đội ngũ của cô sẽ bao gồm nhiều người hơn và các điều kiện cơ bản khác nhau. Mục tiêu cuối cùng của họ là kiểm tra an toàn dài hạn của thiết bị, xem liệu nó có dẫn đến cải thiện kéo dài hay không và làm cho nó trở nên di động hơn. Hiện tại, thiết bị có dây, một bộ kích thích cỡ túi, và yêu cầu một người kiểm soát nó bằng máy tính bảng. Inanici mường tượng rằng công nghệ một ngày nào đó sẽ sử dụng một bộ kích thích nhỏ hơn và ứng dụng điện thoại.

Cô nhanh chóng chỉ ra rằng nhiều phần trong việc khôi phục chuyển động vẫn là một câu đố. Ví dụ, một trong sáu tình nguyện viên của họ cho thấy kết quả khiến họ ngạc nhiên. Sau một chấn thương tủy sống 12 năm trước đây, nhịp tim của người đàn ông thường giảm xuống 40 nhịp mỗi phút, khiến anh ta chói lọi và gần như ngất xỉa. Tuy nhiên, bốn ngày sau khi được kích thích, nhịp tim của anh ta bắt đầu tăng lên gần như bình thường 60 nhịp mỗi phút—một ảnh hưởng đối với chuyển động vô thể, không phải chuyển động của tay. “Chúng tôi không mong đợi điều này,” Inanici nói; trong bài báo của cô, đội ngũ của cô chỉ có thể suy đoán về cách điều đó xảy ra.

"Có bằng chứng rất tốt chứng minh rằng nó là có lợi," Gaunt nói về việc kết hợp huấn luyện thể chất với kích thích điện đối với tủy sống. "Nhưng mày ơi, đối với nhiều vấn đề này, chúng ta thực sự chẳng biết chúng hoạt động như thế nào cả."

• 📩 Muốn nhận những thông tin mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa? Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi ngay bây giờ!
• Tôi không phải là một binh sĩ, nhưng tôi đã được đào tạo để giết
• Mọi điều chúng ta biết ngày nay về trẻ em và Covid-19
• Ở Ấn Độ, điện thoại thông minh và dữ liệu rẻ giúp phụ nữ có tiếng nói
• Trong Dream SMP của Minecraft, toàn bộ máy chủ là một sân khấu
• Cách để đưa thêm thực phẩm từ thực vật lên đĩa vào năm 2021
• 🎮 MYTOUR Games: Nhận những mẹo mới nhất, đánh giá và nhiều hơn nữa
• 📱 Lưỡng lự giữa những chiếc điện thoại mới nhất? Đừng lo lắng—kiểm tra hướng dẫn mua iPhone của chúng tôi và những chiếc điện thoại Android yêu thích