Engineers have designed a wireless ‘brain кардіостимулятор’ which can detect and prevent tremors or seizures in patients suffering from neurological disorders
За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ) неврологічні розлади вражають більше одного мільярда людей у всьому світі і спричиняють понад 6 мільйонів смертей щорічно. Ці розлади включають епілепсію, Хвороба Альцгеймера, інсульт головного мозку або травми і Хвороба Паркінсона. Вплив цих захворювань є як у розвинених, так і в країнах, що розвиваються, і багато разів лікування недоступне через відсутність належної системи охорони здоров’я, підготовленого персоналу чи інших факторів. Населення планети старіє, і, за даними ВООЗ, у найближчі 30-40 років більше половини населення буде старше 65 років. Необхідно розуміти, що в найближчому майбутньому неврологічні розлади стануть величезним тягарем для здоров’я
«Кардіостимулятор» для мозку
Інженери з Каліфорнійського університету в Берклі США розробили новий нейростимулятор, який може одночасно прослуховувати («записувати») і стимулювати («доставляти») електричний струм у мозок. Такий пристрій може забезпечити вдосконалене персоналізоване лікування пацієнтів, які страждають від неврологічних розладів, зокрема хвороби Паркінсона та епілепсії. Пристрій називається WAND (бездротовий нейромодуляційний пристрій без артефактів), і його також можна назвати "кардіостимулятор мозку’ similar to the heart кардіостимулятор – a tiny, battery-operated device which is able to sense when the heart is beating irregularly and then delivers a signal to the heart to achieve the desired correct pace. Similarly, the brain кардіостимулятор is able to wirelessly and autonomously monitor the brain’s electrical activity and once it has learned to identify signs or features of a tremor or захоплення в мозку пристрій може самостійно регулювати параметри стимуляції, надаючи «правильну» електричну стимуляцію, коли щось не в порядку. Це система замкнутого циклу, яка може записувати, а також стимулювати поряд і може регулювати різні параметри в режимі реального часу. WAND здатний реєструвати електричну активність у мозку по більш ніж 125 каналам у замкненій системі. Для практичної демонстрації дослідники показали, що WAND зміг розпізнати та вжити відповідних заходів для успішної затримки надзвичайно специфічних рухів рук у мавп-приматів (макак-резус).
Проблеми з попередніми пристроями
Однією з головних проблем у пошуку правильної терапії для пацієнта з неврологічними захворюваннями є тривала тривалість спочатку пошуку процедури, а потім великі витрати. Будь-який такий пристрій може дуже ефективно запобігати тремор або судоми у пацієнтів. Однак електричні сигнатури, які виникають перед фактичним нападом або тремором, надзвичайно тонкі. Крім того, частота та сила бажаної електричної стимуляції, яка має здатність запобігати цим тремтінням або судомам, також дуже чутливі. Ось чому невеликі коригування для окремих пацієнтів зазвичай займають роки, перш ніж будь-який такий пристрій зможе забезпечити оптимальне лікування. Якщо ці проблеми вирішуються належним чином, результати та доступність можуть значно покращитися.
У новому дослідженні, опублікованому в Природа Біомедична інженерія, дослідники хотіли, щоб пристрій давав найкращий можливий результат для пацієнта, забезпечуючи оптимальну стимуляцію. Цього можна досягти лише шляхом прослуховування, а також запису шаблонів або нейронних сигнатур. Але запис і стимуляція електричних сигналів є дуже складною справою, оскільки великі пульсації, які викликаються стимуляцією, можуть перевантажити електричні сигнали в мозку. Проблема з нинішніми глибокими стимуляторами мозку полягає в тому, що вони не в змозі «записати» і в той же час «доставити» стимуляцію в ту саму область мозку. Цей аспект є найважливішим для будь-якої терапії замкнутого циклу, і на даний момент такий пристрій не доступний у комерційних цілях.
Саме тут виявляється винятковість WAND. Дослідники розробили індивідуальні схеми WAND, які можуть «записувати» повні сигнали як від тонких мозкових хвиль, так і від сильніших електричних пульсацій. Віднімання сигналу від електричних пульсацій призводить до більш чіткого сигналу від мозкових хвиль, чого не в змозі зробити жоден із існуючих пристроїв. Таким чином, одночасна стимуляція та запис в одній і тій же області мозку передає нам точні події, які можна використовувати для розробки ідеальної терапії. WAND дозволяє перепрограмувати для використання в різних програмах. У живому експерименті на мавпах пристрій WAND був досвідченим у виявленні нейронних сигнатур, а потім зміг доставити бажану електричну стимуляцію. Вперше було продемонстровано, що замкнута система виконує ці два завдання разом.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
Zhou A et al 2018. Бездротовий і без артефактів 128-канальний нейромодуляційний пристрій для стимуляції замкненого циклу та запису у приматів, які не є людиною. Природа Біомедична інженерія.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
