Jak "naprawić" człowieka? Oto potęga nowoczesnej medycyny

Sztuczne narządy, implanty słuchu, kości skręcane śrubami - medycyna nigdy nie stroniła od wykorzystywania aktualnych zdobyczy techniki w celu poprawiania, naprawiania i przedłużania życia ludziom, którzy takich modyfikacji potrzebowali. Dzięki obecnemu rozwojowi [ nowych technologii ]( http://gadzetomania.pl/3729,polski-cud-technologii-o-co-chodzi-z-tym-grafenem ) inżynieria biomedyczna w ciągu ostatniej dekady rozwija się w imponującym tempie

Les Baugh odzyskał ręce po 40 latach. Elektronicznym zestawem steruje za pomocą myśli. Korzystanie z nowych rąk wymaga odrobiny praktyki, jednak Baugh ma odpowiednio dużą motywację, żeby ćwiczyć codziennie. Jan Scheuremann, dotknięta _ kwadriplegią _zgodziła się na zainstalowanie w lewej części jej kory ruchowej w mózgu dwóch elektrod, dzięki którym kobieta za pomocą myśli może sterować sztucznym ramieniem robota. Druk 3D pozwala z kolei na bardzo tanią produkcję protez specjalistycznych. Diego Corredor korzysta z wydrukowanej protezy do grania na gitarze. Koszt produkcji? Poniżej 200 zł. Nowoczesne technologie w medycynie to potęga. Przyszłość kreuje się bardzo ciekawie. Już teraz możemy zobaczyć namiastkę tego, na co stać chirurgów na całym świecie, także w Polsce.

Niektórzy twierdzą nawet, że - jeśli utrzyma się obecne tempo rozwoju - już niedługo uda nam się umieścić ludzki mózg wraz z jego wszystkimi wspomnieniami, doświadczeniem i myślami w ciele cyborga. Już teraz potrafimy zrobić protezy, które są w stanie zastąpić nam utraconą kończynę bądź kończyny w stopniu, który można nazwać bardzo satysfakcjonującym.

słk

Pierwszy raz zastosowano _ cyberkończynę _u Jesse’ego Sullivana - elektryka, który wskutek wypadku stracił obie ręce. Przez to, że Sullivan razem z kończynami stracił również mięśnie kierujące ruchami rąk, nie mógł otrzymać zwykłych, elektronicznych protez, sterowanych przez zmiany napięcia w mięśniach na kikucie kończyny. W 2005 roku ten problem rozwiązał doktor Todd A. Kuiken, dyrektor centrum neuroinżynierii z Instytutu Rehabilitacji w Chicago. Końcówki nerwów Sullivana zostały przeniesione do klatki piersiowej i chirurgicznie "podłączone" do znajdujących się tam mięśni. Dzięki temu, bioniczna proteza ręki Sullivana odczytuje impulsy mięśniowe z jego klatki piersiowej i w ten sposób jest sterowana.

Taki rodzaj kierowania protezą nazywa się SEMG. Oprócz tego naukowcom z Chicago udało się coś, czego się nie spodziewali. Końcówki nerwowe przeniesione z ręki Sullivana do mięśni umieszczonych w jego klatce piersiowej znalazły również sposób na połączenie się z tamtejszymi receptorami. W rezultacie Sullivan odzyskał częściowe czucie w swojej fantomowej kończynie. Oprócz dotyku odczuwał na przykład zmiany temperatury. Zaskoczeni tym faktem naukowcy z zespołu doktora Kuikena szybko stworzyli mapę fantomowych receptorów na klatce piersiowej i połączyli je z elektronicznymi czujnikami, zamontowanymi na protezach Sullivana. Dzięki temu, pacjent nie tylko otrzymał nowe ręce, ale potrafi też za ich pomocą odczuwać ograniczone bodźce dobiegające z otoczenia.

Sullivan został nazwany pierwszym "bionicznym człowiekiem", a do opisanych zdarzeń doszło dekadę temu. Od tego czasu wiele się zmieniło. W grudniu 2014 poznaliśmy historię Lesa Baugha, który też - tak jak Sullivan - stracił obie ręce w wyniku porażenia prądem. Baugh z pewnością nie spodziewał się, że zostanie pierwszym człowiekiem, który otrzyma dwie protezy Modular Prosthethic Limb (MPL), opracowane przez naukowców z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa przy współpracy z DARPA. Protezy są sterowane za pomocą interfejsu neuralnego, czyli takiego, który łączy bezpośrednio ludzki mózg z komputerem. Aby Baugh mógł sterować swoimi nowymi protezami, musiał poddać się nowej procedurze chirurgicznej, dzięki której lekarzom udało się uaktywnić nieczynne od lat zakończenia nerwowe, w przeszłości odpowiadające za kontrolę rąk pacjenta. Uaktywnione zakończenia zostały następnie połączone z częścią protez zakładaną na korpus pacjenta, w której zamontowano specjalne receptory reagujące na impulsy nerwowe płynące z ciała. Dzięki
specjalnym algorytmom stworzonym przez naukowców, elektroniczne czujniki potrafią odczytywać impulsy płynące z mózgu pacjenta. W efekcie Baugh może kontrolować swoje sztuczne kończyny za pomocą myśli. Nauka obsługi swoich nowych kończyn wymaga nieco praktyki - szczególnie gdy weźmiemy pod uwagę to, że Les Baugh stracił swoje prawdziwe ręce 40 lat temu. To jednak uczyniło go tylko bardziej zdeterminowanym, zespół doktora Alberta Chi był pod wrażeniem tempa nauki obsługi sztucznych kończyn przez pacjenta. Po testach laboratoryjnych Baugh uczy się korzystania ze swoich drugich rąk w życiu codziennym.

O ile protezy rąk mają największy sens, jeśli jesteśmy w stanie kontrolować je za pomocą impulsów elektrycznych wysyłanych z naszego mózgu, o tyle protezy kończyn dolnych całkiem nieźle radzą sobie pod kontrolą sztucznej inteligencji. Dobrym przykładem takiego rozwiązania jest Rheo Knee, czyli sztuczne kolano sterowane elektronicznie, w którym wykorzystano oprogramowanie DLMA (Dynamic Learning Matrix Algorithm). To ostatnie, w czasie rzeczywistym analizuje ruch użytkownika po to, aby w jak najlepszym stopniu dostosować do niego zachowanie sztucznego kolana. Czujniki zamontowane na protezie badają zachowanie wybranych, ruchomych części kolana 1000 razy na sekundę i wysyłają te dane do mikroprocesora Matrix. Dzięki temu proteza "wie", że w danym momencie jej użytkownik schodzi na przykład po schodach i dobiera odpowiednie do tej czynności ustawienia pracy kolana. Patrząc na najnowsze dokonania w dziedzinie robotyki, których najlepszym przykładem jest czworonożny robot Spot (na zdjęciu powyżej) wyprodukowany
przez Boston Dynamics, możemy założyć, że w najbliższych latach protezy nóg staną się jeszcze lepsze. Spot potrafi utrzymywać równowagę o wiele lepiej niż żywy pies, na podobieństwo którego został stworzony. Sztuczna inteligencja, dzięki której jest to możliwe, reaguje po prostu szybciej niż żywy organizm. Jeśli dodamy do tego obecne możliwości bioinżynierii, dzięki którym Oscar Pistorius - sportowiec, któremu amputowano obydwie nogi poniżej kolan - jest w stanie osiągać czasy porównywalne do tych uzyskiwanych przez pełnosprawnych lekkoatletów, bardzo możliwe, że w ciągu dekady, ludzie którzy obecnie poruszają się na wózkach inwalidzkich, otrzymają nogi o wiele bardziej sprawne niż te, z którymi się urodzili.

Ekso GT to wspomagany egzoszkielet, który zbudowano z myślą o fizjoterapii neurologicznej. Pomoże on pacjentom w leczeniu urazów powypadkowych, niedowładów i powikłań poudarowych. Nawet przerwanie rdzenia kręgowego przestaje być problemem. Specjaliści z Hiszpanii, Australii, Stanów Zjednoczonych i z Polski pracują od kilku lat nad rewolucyjną metodą łączenia przerwanego rdzenia kręgowego. Jest to możliwe dzięki "zhakowaniu" naszego organizmu, które polega na wszczepieniu w miejsce przerwania rdzenia kręgowego glejowych komórek węchowych. W połowie lat 90. Profesor Geoff rey Raisman z University College w Londynie odkrył bowiem, że komórki te potrafią się regenerować. Korzyści z tego odkrycia odniósł Darek Fidyka, który od 2010 roku miał sparaliżowane wszystkie mięśnie poniżej klatki piersiowej. Operację wszczepienia cudotwórczych komórek wykonał zespół pod kierownictwem profesora Włodzimierza Jarmundowicza i doktora Pawła Tabakowa. U pacjenta wykonano kilkadziesiąt nakłuć rdzenia kręgowego, w których
umieszczono ponad 500 tysięcy namnożonych wcześniej metodami laboratoryjnymi komórek pobranych z opuszki węchowej Fidyka. Dwa lata po zabiegu pacjent może chodzić już o własnych siłach posiłkując się jedynie balkonikiem. To oczywiście dopiero pierwszy krok, jeśli chodzi o regenerację rdzenia kręgowego - w przypadku Fidyki przerwa miała zaledwie 8 mm grubości, a obie części rdzenia łączyło ze sobą pasmo bliznowatej tkanki.

Do problemu uszkodzonego rdzenia kręgowego można podejść także nieco inaczej.Sergio Canavero, neurochirurg z Uniwersytetu w Turynie, uważa, że przeszczep głowy w dzisiejszych czasach jest jak najbardziej możliwy. W swojej publikacji, którą znaleźć można w lutowym numerze "Surgical Neurology International", szczegółowo opisał 36-godzinną procedurę takiego przeszczepu. Połączenie rdzeni kręgowych, jak twierdzi Canavero, jest możliwe dzięki odpowiedniemu rodzajowi politlenku etylenu. Po operacji, w której miałoby brać udział 120 osób, na pacjenta czekałyby jeszcze 3-4 tygodnie śpiączki farmakologicznej. Wówczas rdzeń kręgowy stymulowany byłby przez wszczepione elektrody - takie działanie miałoby wspomagać tworzenie nowych połączeń nerwowych. Do Canavero zgłosił się już pierwszy ochotnik gotowy poddać się takiej operacji. Jest nim trzydziestoletni rosyjski informatyk Valeri Spiridonov, który cierpi na chorobę Werdniga-Hoffmanna, powodującą powolny zanik mięśni w całym organizmie. Operacja ma się odbyć w
ciągu najbliższych dwóch lat, jednak już teraz jest szeroko krytykowana przez środowisko neurochirurgów.

Według nich, ponowne połączenie wszystkich włókien nerwowych znajdujących się na wysokości szyi to czysta fikcja. Nie wiadomo też, czy pacjent po takiej operacji "odnalazłby się" w nowym ciele - osoby cierpiące na porażenie czterokończynowe (tetraplegię) cierpią na zaburzenia reaktywności emocjonalnej powodowane tym, że po prostu nie czują swojego ciała. Człowiek posiada tysiące połączeń nerwowych, większość z nich przesyła informacje do mózgu, które nie są przez nas świadomie odbierane. Nikt nie wie, co stanie się z kimś, kogo głowa nagle "obudzi się" w zupełnie nowym ciele. Do tego dochodzą problemy natury moralnej. Obecnie z jednego ciała znajdującego się w stanie śmierci mózgowej lekarze są w stanie pobrać narządy, które uratują życie ok. 7 osobom, często czekającym w kolejce na przeszczep długie lata. Czy zatem możemy sobie pozwolić na przeznaczenie takiego ciała tylko dla jednej osoby?

Być może wkrótce będziemy w stanie dokonać operacji przeszczepu głowy do w pełni sztucznego ciała. Taki kierunek rozwoju popiera ruch transhumanistów, który zrzesza psychologów, biologów, inżynierów, filozofów, lekarzy i pisarzy science fiction. Twierdzą oni, że istota ludzka nie jest ostatnim stopniem ewolucji homo sapiens. Kolejne stadia naszego rozwoju kreowane będą przez postęp technologiczny, a proces selekcji naturalnej zostanie zastąpiony innowacjami w takich dziedzinach jak nanotechnologia, genetyka i cybernetyka. Potrafimy zrobić już sztuczne, bezobsługowe narządy, robimy coraz lepsze protezy, które coraz bardziej integrują się z naszym układem nerwowym, tworzymy też coraz lepsze komputerowe modele ludzkiego mózgu. Pozostaje jednak pytanie: czy uda nam się kiedykolwiek przenieść naszą świadomość do układu komputerowego? A jeśli tak, to co się wtedy stanie? Jak będziemy funkcjonować bez organicznych dodatków w stylu hormonów, gruczołów, biologicznych reakcji naszego ciała na zaistniałe sytuacje? Jak
bardzo upodobnimy się do maszyn i czy rzeczywiście będzie to kolejnym stadium ewolucji?

Polecamy w wydaniu internetowym chip.pl: Co kryją rurki cieplne Samsunga Galaxy S7 edge?