Bir teknoloji, beyinle bağlantısını kaybetmiş vücut parçalarını yeniden canlandırabilirse ne olurdu — örneğin, omurilik yaralanması nedeniyle boşalamayan bir mesane veya Crohn hastalığı nedeniyle yiyecekleri ileri itemeyen bağırsaklar gibi? Bu teknoloji, açlık veya dokunma gibi hisleri de beyne geri gönderebilseydi ne olurdu?
Yeni MIT araştırması, bu geleceğe bir bakış sunuyor. Bugün Nature Communications dergisinde yayımlanan açık erişim çalışmasında, araştırmacılar, organlardaki hareketi yeniden sağlamak için vücut içine yerleştirilebilen yorgunluk direnci yüksek, bilgisayar kontrollü motorlara dönüştürülen canlı kasları yeniden programlayan yenilikçi bir myoneural aktüatör (MNA) tanıtıyor.
Çalışmanın kıdemli yazarı, Hugh Herr, MIT Medya Laboratuvarı'nda medya sanatları ve bilimleri profesörü, MIT Medya Laboratuvarı'nın eş direktörü ve MIT McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü'nde yardımcı üye olarak, “Sinir sisteminin kullandığı doğal yolları kullanarak vücuttaki organları sorunsuz bir şekilde kontrol etmemizi sağlayan bir arayüz geliştirdik, aynı zamanda duyusal geri bildirimin beyne iletilmesini sağladık” diyor. Çalışma, Herr’in doktora sonrası araştırmacısı Guillermo Herrera-Arcos ve eski doktora sonrası araştırmacı Hyungeun Song tarafından ortaklaşa yürütüldü.
Vücuttaki mevcut kasları yeniden kullanarak, araştırmacılar felçli organları canlandırmak için yeniden bağlanmış duyusal sinirleri kullanan ilk “canlı” implantı geliştirdiler — bu, bir kişinin kendi dokusunun donanım haline geldiği yeni bir tıp türünü ortaya çıkarabilir.
Beyin-vücut arayüzünü yeniden yapılandırmak
Pek çok bilim insanı, felçli organlarda işlevi geri kazandırmak için çaba sarf etti, ancak hem sinir sistemiyle iletişim kuran hem de zamanla yorgunluk göstermeyen bir teknoloji tasarlamak son derece zordur. Bazıları, biyonik uzuvları güçlendirebilen miniaktüatörleri — küçük makineleri — vücuda yerleştirmeye çalıştı. Ancak, Herrera-Arcos, “Santimetre seviyesinde aktüatör yapmak zor ve çok verimli değiller” diyor. Diğerleri laboratuvar ortamında kas dokusu yaratmaya odaklandı, ancak kasları hücre hücre inşa etmek zaman alıcıdır ve insan kullanımı için henüz hazır değildir.
Herr’in ekibi farklı bir şey denedi.
Song, “Mevcut kasları, organlarda hareketi yeniden sağlamak için bir aktüatör veya motor haline getirdik” diyor.
Bunu başarmak için, araştırmacılar sinir sistemindeki hassas dinamikleri yönetmek zorunda kaldılar. Aktüatör, düzgün çalışabilmesi için sinir sistemiyle etkileşimde bulunmalıydı, ancak aynı zamanda beynin kontrolünden de kaçınmalıydı. Herrera-Arcos, “Beynin kas aktüatörünü bilinçli olarak kontrol etmesini istemezsiniz çünkü aktüatörün kalp gibi bir organı otomatik olarak kontrol etmesini istersiniz” diye açıklıyor. Organları hareket ettirmek için bilgisayar kontrollü bir kas oluşturmak, otomatik işlevi sağlarken hasar görmüş beyin yollarını da atlatabilir.
Aktüatöre motor nöronları eklemek hareket üretmeye yardımcı olabilir, ancak bu nöronlar doğrudan beyin tarafından kontrol edilir. Song, “Ancak duyusal nöronlar, komut vermek için değil, almak için bağlanmıştır” diye açıklıyor. “Bu dinamiği kullanabileceğimizi ve motor sinyallerini duyusal lifler aracılığıyla yönlendirebileceğimizi düşündük, böylece bilgisayar — beyin değil — kasın yeni komuta merkezi olur.”
Bunu başarmak için, duyusal sinirlerin kasla akıcı bir şekilde kaynaşması gerekiyordu ve bilim insanları bunun mümkün olup olmadığını henüz belirlememişti. Dikkate değer bir şekilde, ekip, kemirgen kasındaki motor sinirleri duyusal olanlarla değiştirdiğinde, “duyusal sinirler kasları yeniden sinirledi ve işlevsel sinapslar oluşturdu. Bu muazzam bir keşif” diyor Herrera-Arcos.
Duyusal nöronlar yalnızca dijital bir kontrol cihazının kullanılmasını sağlamakla kalmadı, aynı zamanda kas yorgunluğunu da azalttı — kemirgen kasındaki yorgunluk direncini yerel kaslara göre yüzde 260 artırdı. Bunun nedeni, kas yorgunluğunun büyük ölçüde kasları sinirleyen aksonların çapına bağlı olmasıdır. Motor n
