Инженеры разработали беспроводной «мозг» электрокардиостимулятор', который может обнаружить и предотвратить тремор или судороги у пациентов, страдающих неврологическими расстройствами.
По данным Всемирной организации здравоохранения (WHO) неврологические расстройства затрагивают более одного миллиарда человек во всем мире и являются причиной более 6 миллионов смертей ежегодно. К таким расстройствам относятся эпилепсия, Болезнь Альцгеймера, мозговой инсульт или травмы и Болезнь Паркинсона. Воздействие этих болезней присутствует как в развитых, так и в развивающихся странах, и во многих случаях лечение недоступно из-за отсутствия надлежащей системы здравоохранения, обученного персонала или других факторов. Население мира стареет, и, по данным ВОЗ, в ближайшие 30-40 лет более половины населения будет старше 65 лет. Крайне важно понимать, что неврологические расстройства станут огромным бременем для здоровья в ближайшем будущем.
Кардиостимулятор для мозга
Инженеры из Калифорнийского университета в Беркли, США, разработали новый нейростимулятор, который может одновременно прослушивать («записывать») и стимулировать («доставлять») электрический ток в мозг. Такое устройство может обеспечить усовершенствованное персонализированное лечение пациентов, страдающих неврологическими расстройствами, в частности болезнью Паркинсона и эпилепсией. Устройство получило название WAND (беспроводное устройство нейромодуляции без артефактов), и его также можно назвать «беспроводным устройством нейромодуляции без артефактов».кардиостимулятор мозга' похоже на сердце электрокардиостимулятор – крошечное устройство с батарейным питанием, которое способно определять, когда сердце бьется нерегулярно, а затем подает сигнал сердцу для достижения желаемого правильного темпа. Аналогично, мозг электрокардиостимулятор способен беспроводным и автономным образом контролировать электрическую активность мозга и, как только он научится распознавать признаки или особенности тремора или захват в головном мозге устройство может самостоятельно регулировать параметры стимуляции, обеспечивая «правильную» электрическую стимуляцию, когда что-то не в порядке. Это замкнутая система, которая может одновременно записывать и стимулировать, а также может регулировать различные параметры в режиме реального времени. WAND может регистрировать электрическую активность мозга по более чем 125 каналам в замкнутой системе. Для практической демонстрации исследователи показали, что WAND может распознавать и принимать соответствующие меры, чтобы успешно задерживать чрезвычайно специфические движения рук у обезьян-приматов (макак-резус).
Проблемы с предыдущими устройствами
Одной из основных проблем при поиске правильной терапии для пациента с неврологическим заболеванием является длительная продолжительность первого поиска процедуры, а затем связанные с этим высокие затраты. Любое такое устройство могло бы очень эффективно предотвратить тремор или судороги у пациентов. Однако электрические сигнатуры, которые предшествуют настоящему припадку или тремору, очень малозаметны. Кроме того, частота и сила желаемой электростимуляции, которая предотвращает тремор или судороги, также очень чувствительны. Это причина того, что небольшая корректировка для конкретных пациентов обычно занимает годы, прежде чем любое такое устройство сможет обеспечить оптимальное лечение. Если эти проблемы решены надлежащим образом, может быть определенное увеличение результатов и доступности.
В новом исследовании, опубликованном в Природа Биомедицинская инженерия, исследователи хотели, чтобы устройство обеспечивало наилучший результат для пациента, обеспечивая оптимальную стимуляцию. Это возможно только путем прослушивания, а также записи паттернов или нейронных сигнатур. Но записывать и стимулировать электрические сигналы очень сложно, поскольку большие пульсации, вызываемые стимуляцией, могут подавлять электрические сигналы в мозге. Проблема современных стимуляторов глубокого мозга заключается в том, что они не могут «записывать» и в то же время «доставлять» стимуляцию в одну и ту же область мозга. Этот аспект является наиболее важным для любой терапии с замкнутым контуром, и в настоящее время такого устройства нет в продаже или нет.
Именно здесь проявляется исключительность WAND. Исследователи разработали индивидуальные схемы WAND, которые могут «записывать» полные сигналы как от тонких мозговых волн, так и от более сильных электрических пульсаций. Вычитание сигнала из электрических пульсаций приводит к более четкому сигналу мозговых волн, чего не может сделать ни одно из существующих устройств. Таким образом, одновременная стимуляция и запись в одной и той же области мозга сообщает нам о точных событиях, которые можно использовать для разработки идеальной терапии. WAND позволяет перепрограммировать для использования в различных приложениях. В живом эксперименте на обезьянах устройство WAND было способно обнаруживать нейронные сигнатуры и затем обеспечивать желаемую электрическую стимуляцию. Впервые была продемонстрирована замкнутая система для совместного выполнения этих двух задач.
Источник (ы)
Чжоу А. и др. 2018. Беспроводное 128-канальное устройство нейромодуляции без артефактов для стимуляции и записи с обратной связью у нечеловеческих приматов. Природа Биомедицинская инженерия.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
