Инженери са проектирали безжичен „мозъчен пейсмейкър “, който може да открива и предотвратява тремор или гърчове при пациенти, страдащи от неврологични разстройства.
Според Световната здравна организация ( СЗО ) неврологичните разстройства засягат повече от един милиард души по света и причиняват над 6 милиона смъртни случая годишно. Тези разстройства включват епилепсия, болест на Алцхаймер , мозъчен инсулт или травми и болест 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 от населението ще бъде над 65-годишна възраст. Наложително е да се разбере, че неврологичните разстройства ще бъдат огромна здравна тежест в близко бъдеще.
„Пейсмейкър“ за мозъка
Инженери от Калифорнийския университет в Бъркли, САЩ, са проектирали нов невростимулатор, който може едновременно да слуша („записва“) и да стимулира („доставя“) електрически ток в мозъка. Такова устройство може да осигури перфектно персонализирано лечение за пациенти, страдащи от неврологични разстройства, по-специално болест на Паркинсон и епилепсия. Устройството е наречено WAND (безжично устройство за невромодулация без артефакти) и може да се нарече още „ мозъчен пейсмейкър “, подобен на сърдечния пейсмейкър – малко устройство, работещо с батерии, което е способно да усеща кога сърцето бие неравномерно и след това да доставя сигнал до сърцето, за да постигне желания правилен ритъм. По подобен начин мозъчният пейсмейкър е способен безжично и автономно да наблюдава електрическата активност на мозъка и след като се научи да идентифицира признаци или характеристики на тремор или припадък в мозъка, устройството може саморегулира параметрите на стимулация, като доставя „правилната“ електрическа стимулация, когато нещо не е наред. Това е система със затворен контур, която може да записва, както и да стимулира едновременно с това и е способна да регулира различните параметри в реално време. WAND е способен да записва електрическата активност в мозъка по повече от 125 канала в затворена система. За практическа демонстрация, изследователите показаха, че WAND е способен да разпознава и да предприема подходящи мерки за успешно забавяне на изключително специфични движения на ръцете при примати (макаци резус).
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 Nature Biomedical Engineering , изследователите са искали устройството да даде възможно най-добрия резултат за пациента, като осигури оптимална стимулация. Това е постижимо само чрез слушане, както и записване на моделите или невронните сигнатури. Но записването и стимулирането на електрически сигнали е много трудно, тъй като големите пулсации, които се доставят чрез стимулация, могат да надвият електрическите сигнали в мозъка. Проблемът със съвременните дълбокомозъчни стимулатори е, че те не са в състояние едновременно да „записват“ и „доставят“ стимулация до една и съща област на мозъка. Този аспект е най-важният за всяка терапия със затворен контур и в момента няма такова устройство, налично 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.
***
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
***
