Inovatívny mozgový implantát by mohol zlepšiť liečbu Parkinsonovou chorobou
Nový inteligentný implantát, ktorý „počúva“ mozgové signály, by mohol pomôcť pri liečbe epilepsie a iných neurologických stavov, ako je Parkinsonova choroba.
Lekári používajú neurostimuláciu na liečbu rôznych stavov, vrátane epilepsie, účinkov mŕtvice alebo dokonca depresie. Táto liečba spočíva v použití špeciálnych prístrojov, ktoré vysielajú elektrické impulzy na riadenie činnosti mozgu a centrálneho nervového systému.
Lekári niekedy tiež používajú túto techniku na zlepšenie príznakov Parkinsonovej choroby, neurologického stavu, ktorý ovplyvňuje fyzickú rovnováhu a schopnosť pohybovať sa alebo koordinovať pohyb končatín.
Neurostimulátorové zariadenia, ktoré sú v súčasnosti k dispozícii na liečbu neurologických stavov, však nie sú schopné stimulovať mozgovú činnosť a súčasne ju zaznamenávať.
Teraz vyvinuli odborníci z University of California (UC) v Berkeley nový, prepracovaný neurostimulátor, ktorý sa zdá byť schopný to dosiahnuť. Môže mať potenciál na zlepšenie liečby epilepsie, Parkinsonovej choroby a ďalších stavov.
Výskumný tím pomenoval toto zariadenie „WAND“, čo znamená „bezdrôtové neuromodulačné zariadenie bez artefaktov“. WAND má dva malé externé ovládače, z ktorých každý monitoruje 64 elektród, ktoré sedia v mozgu.
Toto zariadenie môže monitorovať elektrickú aktivitu v mozgu a naučiť sa identifikovať abnormálne signály, ktoré naznačujú prítomnosť záchvatu alebo chvenia. WAND potom môže pomôcť modulovať elektrické signály v mozgu, aby sa zabránilo takýmto udalostiam a príznakom.
Na rozdiel od podobných existujúcich zariadení, ktoré dokážu zaznamenávať elektrickú aktivitu iba z až ôsmich bodov v mozgu, dokáže WAND sledovať aktivitu zo 128 rôznych kanálov.
Nové zariadenie je nákladovo a časovo efektívne
Vo svojej študijnej práci, ktorú časopis Prírodné biomedicínske inžinierstvo zverejnili vedci na vedomie, že v budúcnosti by program WAND mohol potenciálne pomôcť zlepšiť život ľudí, ktorí majú záchvaty alebo žijú s rôznymi neurologickými stavmi.
„Proces hľadania správnej terapie pre pacienta je mimoriadne nákladný a môže trvať roky,“ vysvetľuje odborný asistent Rikky Muller, jeden z vedcov.
„Výrazné zníženie nákladov aj trvania môže potenciálne viesť k výrazne lepším výsledkom a dostupnosti. Chceme umožniť zariadeniu zistiť, aký je najlepší spôsob stimulácie, aby daný pacient dosahoval najlepšie výsledky. A to môžete urobiť iba počúvaním a zaznamenávaním neurálnych podpisov. “
Rikky Muller
Muller a tím testovali WAND na zvieracom modeli pomocou makakov rhesus, aby ukázali, ako sa zariadenie môže naučiť rozpoznávať mozgové signály pre konkrétne pohyby paží a ako potom môže pôsobiť na tie isté signály.
Vo svojich nedávnych experimentoch vedci naučili makakov s implantátmi WAND používať joystick na zasielanie kurzorov na určené miesta.
Po chvíli sa implantované prístroje naučili detegovať nervové signály, ktoré zodpovedali pohybom rúk makakov. Len čo tieto vzory identifikovali, boli schopní vysielať elektrické signály, ktoré zdržiavali pohyby rúk.
„Zatiaľ čo oneskorenie reakčného času je niečo, čo sme už demonštrovali predtým, je to podľa našich vedomostí prvý krát, čo sa preukázalo v uzavretom systéme založenom iba na neurologických záznamoch,“ hovorí Muller.
„V budúcnosti sa zameriavame na začlenenie učenia do našej platformy s uzavretým cyklom, aby sme vytvorili inteligentné zariadenia, ktoré dokážu zistiť, ako vás najlepšie liečiť a zbaviť lekára nutnosti neustáleho zasahovania do tohto procesu,“ dodáva.
Dvojitá aktivita WAND môže zvýšiť liečbu
Vedci vysvetľujú, že v súčasnosti dostupné neurostimulátorové zariadenia nie sú schopné detegovať signálne elektrické signály v mozgu a zároveň také signály modulovať.
Poznamenávajú to preto, lebo elektrické impulzy, ktoré neurostimulátor vysiela, „zakrývajú“ pôvodné mozgové signály, čo ich robí prakticky nezistiteľnými.
„Aby bolo možné dodávať terapie založené na stimulácii v uzavretej slučke, čo je veľký cieľ pre ľudí liečiacich Parkinsonovu chorobu a epilepsiu a rôzne neurologické poruchy, je veľmi dôležité súčasne vykonávať neurálne záznamy aj stimuláciu, čo v súčasnosti neexistuje jediné komerčné zariadenie. “, hovorí spoluautorka štúdie Samantha Santacruz, predtým výskumná pracovníčka na UC Berkeley a teraz odborná asistentka na Texaskej univerzite v Austine.
Na rozdiel od iných neurostimulátorov majú zariadenia WAND jedinečný dizajn s integrovanými obvodmi na mieru, ktoré sú schopné zaznamenávať jemné elektrické signály, ktoré mozog vysiela, a zároveň vysielať silnejšie impulzy na „opravu“ chybných signálov.
Vďaka WAND „[b] pretože môžeme skutočne stimulovať a zaznamenávať v tej istej oblasti mozgu, vieme presne, čo sa deje, keď poskytujeme terapiu,“ poznamenáva Muller.
