Engineers have designed a wireless ‘brain пейсмейкър’ which can detect and prevent tremors or seizures in patients suffering from neurological disorders
Според Световната здравна организация (СЗО) неврологичните разстройства засягат повече от един милиард души по света и причиняват повече от 6 милиона смъртни случая годишно. Тези заболявания включват епилепсия, болест на Алцхаймер, мозъчен удар или наранявания и болестта на Паркинсон. Въздействието на тези заболявания е налице както в развитите, така и в развиващите се страни и много пъти лечението е недостъпно поради липса на подходяща здравна система, обучен персонал или други фактори. Световното население застарява и според СЗО през следващите 30-40 години повече от половината население ще бъде на възраст над 65 години. Наложително е да се разбере, че неврологичните разстройства ще бъдат огромно бреме за здравето в близко бъдеще
„Пейсмейкър“ за мозъка
Инженери от Калифорнийския университет в Бъркли, САЩ, са проектирали нов невростимулатор, който може едновременно да слуша („записва“) и също така да стимулира („доставя“) електрически ток в мозъка. Такова устройство може да осигури съвършено персонализирано лечение за пациенти, страдащи от неврологични разстройства, особено болест на Паркинсон и епилепсия. Устройството е наречено WAND (безжично устройство за невромодулация без артефакти) и може да се нарече също "мозъчен пейсмейкър’ similar to the heart пейсмейкър – 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 пейсмейкър 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 конфискация в мозъка устройството може самостоятелно да регулира параметрите на стимулация, като доставя „правилната“ електрическа стимулация, когато нещо не е наред. Това е система със затворен цикъл, която може да записва, както и да стимулира заедно и може да регулира различните параметри в реално време. WAND е в състояние да записва електрическа активност в мозъка в повече от 125 канала в система със затворен цикъл. За практическа демонстрация изследователите показаха, че WAND е в състояние да разпознае и предприеме подходящи мерки за успешно забавяне на изключително специфични движения на ръцете при маймуни примати (резус макаци).
Предизвикателства с предишни устройства
Едно от основните предизвикателства при намирането на правилната терапия за пациент с неврологично заболяване е дългата продължителност на първо намиране на процедура и след това високите разходи. Всяко такова устройство би могло много ефективно да предотврати тремор или конвулсии при пациенти. Въпреки това, електрическите подписи, които идват преди действителния припадък или тремор, са изключително фини. Също така честотата и силата на желаната електрическа стимулация, която има способността да предотврати тези тремори или припадъци, също е много чувствителна. Това е причината, поради която малките корекции за определени пациенти обикновено отнемат години, преди всяко такова устройство да може да осигури оптимално лечение. Ако тези предизвикателства се посрещнат адекватно, може да има определено увеличение на резултатите и достъпността.
В ново проучване, публикувано в Природа Биомедицинско инженерство, изследователите искаха устройството да даде възможно най-добрия резултат за пациента, като осигури оптимална стимулация. Това е постижимо само чрез слушане, както и чрез записване на модели или невронни подписи. Но записването и стимулирането на електрически сигнали е много предизвикателство, тъй като големите пулсации, които се доставят чрез стимулация, могат да претоварят електрическите сигнали в мозъка. Проблемът с настоящите дълбоки мозъчни стимулатори е, че те не са в състояние да „запишат“ и в същото време да „доставят“ стимулация до една и съща област на мозъка. Този аспект е най-важният за всяка терапия със затворен цикъл и в момента такова устройство не се предлага в търговската мрежа или по друг начин.
Тук се появява изключителността на WAND. Изследователите проектираха персонализирани схеми на WAND, които могат да „записват“ пълни сигнали както от фините мозъчни вълни, така и от по-силни електрически пулсации. Изваждането на сигнала от електрически пулсации води до по-ясен сигнал от мозъчните вълни, което нито едно от съществуващите устройства не е в състояние да направи. По този начин, едновременното стимулиране и записване в една и съща област на мозъка ни предава точните събития, които могат да бъдат използвани за проектиране на идеална терапия. WAND позволява препрограмиране за използване в различни приложения. В експеримент на живо с маймуни, устройството WAND беше опитно в откриването на невронни подписи и след това беше в състояние да достави желаната електрическа стимулация. За първи път е демонстрирана затворена система за изпълнение на тези две задачи заедно.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
Zhou A et al 2018. Безжично и без артефакти 128-канално невромодулационно устройство за стимулация и запис в затворен цикъл при нечовекоподобни примати. Природа Биомедицинско инженерство.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
