Inovativní mozkový implantát by mohl zlepšit léčbu Parkinsonovou chorobou
Nový inteligentní implantát, který „naslouchá“ mozkovým signálům, by mohl pomoci léčit epilepsii a další neurologické stavy, jako je Parkinsonova choroba.
Lékaři používají neurostimulaci k léčbě různých stavů, včetně epilepsie, účinků cévní mozkové příhody nebo dokonce deprese. Tato léčba zahrnuje použití speciálních zařízení, která vysílají elektrické impulsy k řízení činnosti mozku a centrálního nervového systému.
Lékaři někdy také používají tuto techniku ke zlepšení příznaků Parkinsonovy choroby, neurologického stavu, který ovlivňuje fyzickou rovnováhu a schopnost pohybu nebo koordinace pohybu končetin.
Neurostimulátorová zařízení, která jsou v současné době k dispozici pro léčbu neurologických stavů, však nejsou schopna stimulovat mozkovou aktivitu a současně ji zaznamenávat.
Nyní odborníci z University of California (UC) v Berkeley vyvinuli nový sofistikovaný neurostimulátor, který se zdá být schopen toho dosáhnout. Může mít potenciál zlepšit léčbu epilepsie, Parkinsonovy choroby a dalších stavů.
Výzkumný tým pojmenoval toto zařízení „WAND“, což znamená „bezdrátové neuromodulační zařízení bez artefaktů“. WAND má dva malé externí ovladače, z nichž každý monitoruje 64 elektrod, které sedí v mozku.
Toto zařízení může monitorovat elektrickou aktivitu v mozku a naučit se identifikovat abnormální signály, které naznačují přítomnost záchvatu nebo třesu. WAND pak může pomoci modulovat elektrické signály v mozku, aby se zabránilo takovým událostem a příznakům.
Na rozdíl od podobných stávajících zařízení, která mohou zaznamenávat elektrickou aktivitu až z osmi bodů v mozku, může WAND sledovat aktivitu ze 128 různých kanálů.
Nové zařízení je nákladově i časově efektivní
Ve své studijní práci, kterou časopis Přírodní biomedicínské inženýrství zveřejnili vědci na vědomí, že v budoucnu by WAND mohla potenciálně pomoci zlepšit život lidí, kteří mají záchvaty nebo žijí s různými neurologickými stavy.
„Proces hledání správné terapie pro pacienta je extrémně nákladný a může trvat roky,“ vysvětluje odborný asistent Rikky Muller, jeden z výzkumníků.
„Významné snížení nákladů i doby trvání může potenciálně vést k výrazně zlepšeným výsledkům a dostupnosti. Chceme umožnit zařízení zjistit, jaký je nejlepší způsob stimulace daného pacienta k dosažení nejlepších výsledků. A to můžete udělat pouze nasloucháním a zaznamenáváním neurálních podpisů. “
Rikky Muller
Muller a tým testovali WAND na zvířecím modelu pomocí makaků rhesus, aby ukázali, jak se zařízení může naučit rozpoznávat mozkové signály pro konkrétní pohyby paží a jak pak může působit na tytéž signály.
Ve svých nedávných experimentech vědci učili makaky s implantáty WAND používat joystick k odesílání kurzoru na určené místo.
Po chvíli se implantovaná zařízení naučila detekovat nervové signály, které odpovídaly pohybům rukou makaků. Jakmile tyto vzory identifikovali, byli schopni vyslat elektrické signály, které zpozdily pohyby rukou.
"I když je zpoždění reakčního času něco, co bylo prokázáno dříve, je to podle našich znalostí vůbec poprvé, co bylo prokázáno v systému uzavřené smyčky založeném pouze na neurologickém záznamu," říká Muller.
„V budoucnu se snažíme začlenit učení do naší platformy uzavřené smyčky a vytvářet inteligentní zařízení, která dokážou přijít na to, jak vás nejlépe léčit a zbavit lékaře nutnosti neustále do tohoto procesu zasahovat,“ dodává.
Dvojitá aktivita WAND může zvýšit léčbu
Vědci vysvětlují, že v současné době dostupná neurostimulátorová zařízení nejsou schopna detekovat signální elektrické signály v mozku a zároveň tyto signály modulovat.
Je to proto, že elektrické impulsy, které neurostimulátor vydává, „zakrývají“ původní mozkové signály, což je činí prakticky nezjistitelnými.
"Aby bylo možné dodávat terapie založené na stimulaci v uzavřené smyčce, což je velký cíl pro lidi, kteří léčí Parkinsonovu a epilepsii a různé neurologické poruchy, je velmi důležité provádět současně nervové záznamy a stimulaci, což v současné době neexistuje žádný komerční přístroj dělá, “říká spoluautorka studie Samantha Santacruzová, dříve výzkumná pracovnice na UC Berkeley a nyní odborná asistentka na Texaské univerzitě v Austinu.
Na rozdíl od jiných neurostimulátorů mají zařízení WAND jedinečný design s vlastními integrovanými obvody, které jsou schopny zaznamenávat jemné elektrické signály, které mozek vydává, a zároveň vysílají silnější impulsy k „opravě“ chybných signálů.
Díky WAND „[b] protože můžeme ve skutečnosti stimulovat a zaznamenávat ve stejné oblasti mozku, víme přesně, co se děje, když poskytujeme terapii,“ poznamenává Muller.
