Engelli insanlara duyusal işlevi, iletişimi ve kontrolü geri getirmeye yardımcı olabilecek sistemler geliştirmeye yönelik araştırmalar, yeni bir deneysel sinirbilim dalı, çeşitli adlarla beyin-makine arabirimleri (BMI’ler), beyin-bilgisayar arabirimleri (BCI’ler), sinir protezleri veya sinirsel arayüz sistemleri (NIS’ler).
Bu ortaya çıkış, nörobilimsel dergi ve konferanslardaki NIS’lerle ilgili yayınların ve sunumların sayısındaki çarpıcı artışla kanıtlanmaktadır. NIS’ler, beyin ve dış dünya arasında doğrudan bir etkileşim oluşturarak kendimizi bedenimizin sınırlamalarından özgürleştirme imkânı sağlayarak daha geniş kamuoyunun hayal gücünü ele geçirdiler.
Daha da önemlisi, NIS araştırması, şiddetli duyusal ve motor engelli insanlara dünyalarıyla daha iyi etkileşimde bulunmalarına yardımcı olma ve böylece yaşam kalitelerini artırma imkanı sunar. Bununla birlikte, sinirbilimciler tarafından sıklıkla gündeme getirilen önemli bir soru, ortaya çıkan bu araştırma ve teknoloji alanının, özellikle insanlarda sinir sistemi işlevi hakkında temel bilimsel bilgi sağlayıp sağlayamayacağıdır.
NIS araştırması yasal olarak sinir bilimleri içinde bilimsel bir disiplin oluşturuyor mu, yoksa temelde yararlı teknoloji üretmeye odaklanan sinir mühendisliği gibi biyomedikal mühendisliğinin bir alt alanına mı ait? Bu derlemede, esas olarak tek nöron kayıtlarını kullanarak temel ve çeviri araştırmalarını birbirine bağlayan nöromotor protez çalışmaları ile ilgilenen NIS araştırmalarındaki klinik olarak ilgili son gelişmelerle başlıyoruz. Daha sonra ortaya çıkan bu alanın sağladığı nörobilimsel katkıları eleştirel olarak değerlendiriyoruz. NIS araştırmalarında gelecekteki zorluklara ve onun sinirbilimi ilerletme yeteneğine ilişkin görüşümüzle bitiriyoruz. İnvazif olmayan, elektroensefalogram (EEG) tabanlı NIS’lerde yakın zamanda, umut verici gelişmeleri kısaca tartışmamıza rağmen, bu derlemedeki vurgumuz, nöronal popülasyonlardan gelen aksiyon potansiyellerinin (sivri uçlar) hücre dışı mikroelektrot kayıtlarına dayanan invaziv sistemlerdir.
NIS’lerin alanı aslında oldukça geniştir ve beyin ile dış dünya arasında duyusal ve motor sistemlerin sağladığı doğal arayüzlerin ötesinde herhangi bir bağlantı biçimini içerebilir. Giriş NIS’leri, belirli beyin hastalıklarında sinirsel aktiviteyi modüle ederek duyusal işlemeyi geri kazanmaya veya işlevi iyileştirmeye yardımcı olmak için merkezi veya periferik sinir sisteminin bir kısmına elektriksel stimülasyon uygular.
Klinik Uygulamalar
Multinöron kayıt sensörleri kullanan NIS araştırması, artık klinik öncesi kavram kanıtından erken evre insan klinik deneylerine çevrilmiştir. Bu denemelerin motivasyonu, hareket engelli bireyler tarafından kontrolü, iletişimi ve bağımsızlığı yeniden kazanmak için kullanılabilecek bir cihaz yaratmaktır. Bu ilerleme, daha önce hiç mümkün olmayan tekli ve çoklu nöronlar ve yerel alan potansiyelleri (LFP’ler) düzeyinde insan korteksinde uzun vadeli nörofizyolojik araştırma için yeni bir fırsat sunuyor.
Nöral Arayüzler, motor sistemindeki hasar veya hastalık nedeniyle sınırlı hareket kabiliyetine sahip olan çok sayıda insana yardımcı olmak için yaratılmaktadır. Bir dizi bozukluk, sağlıklı bir beyin motor sistemini kaslardan ayırır, bu da çeşitli derecelerde felce yol açar, ancak hareketleri planlama ve hayal etme yeteneğini korur. Bu koşullar, ~ 100.000 Amerikalıyı tetraplejik hale getiren omurilik yaralanması gibi travmayı; inen motor yollarını kesintiye uğratan felçler, en yıkıcı pontin felçidir ve kilitli bir durum oluşturmak için tüm alçalan kontrollerin bağlantısını kesebilir; ve alfa motor nöronların (ve muhtemelen serebral nöronların) aşamalı olarak öldüğü amiyotrofik lateral skleroz (ALS veya Lou Gehrig hastalığı) gibi dejeneratif bozukluklar. Serebral palsi, kas distrofisi ve uzuv amputasyonu da istemli eylemlerin gerçekleştirilememesine yol açabilir. Her durumda, beyin tarafından kas kontrolü kaybedilirken, hareket niyetleri oluşturan serebral mekanizmalar nispeten bozulmadan kalabilir