Engineers have designed a wireless ‘brain spodbujevalnik’ which can detect and prevent tremors or seizures in patients suffering from neurological disorders
Po podatkih Svetovne zdravstvene organizacije (WHO) neurological disorders affect more than one billion people worldwide and it causes more than 6 million deaths annually. These disorders include epilepsy, Alzheimerjeva bolezen, možgansko kap ali poškodbe in Parkinsonova bolezen. Vpliv teh bolezni je prisoten tako v razvitih državah kot v državah v razvoju in velikokrat zdravljenje ni na voljo zaradi pomanjkanja ustreznega zdravstvenega sistema, usposobljenega osebja ali drugih dejavnikov. Svetovno prebivalstvo se stara in po podatkih WHO bo v naslednjih 30-40 letih več kot polovica prebivalstva starejša od 65 let. Nujno je treba razumeti, da bodo nevrološke motnje v bližnji prihodnosti veliko breme za zdravje
'Spodbujevalnik' za možgane
Engineers from University of California Berkeley USA have designed a novel neurostimulator which can simultaneously listen (‘record’) and also stimulate (‘deliver’) electric current inside the brain. Such a device can provide a perfected personalized treatment for patients suffering from neurological disorders particularly Parkinson’s disease and epilepsy. The device is coined WAND (wireless artifact-free neuromodulation device), and it could be also called as a ‘srčni spodbujevalnik možganov’ similar to the heart spodbujevalnik – 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 spodbujevalnik 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 napad v možganih lahko naprava sama prilagodi parametre stimulacije z zagotavljanjem 'pravilne' električne stimulacije, ko nekaj ni v redu. To je sistem z zaprto zanko, ki lahko poleg tega snema in stimulira ter je sposoben prilagajati različne parametre v realnem času. WAND lahko beleži električno aktivnost v možganih preko več kot 125 kanalov v sistemu z zaprto zanko. Za praktično demonstracijo so raziskovalci pokazali, da je WAND lahko prepoznal in sprejel ustrezne ukrepe za uspešno odložitev izjemno specifičnih gibov rok pri opicah primatov (makaki rezus).
Izzivi s prejšnjimi napravami
Eden od večjih izzivov pri iskanju prave terapije za bolnika z nevrološkim stanjem je dolgotrajnost najprej iskanja posega in nato visoki stroški. Vsaka taka naprava bi lahko zelo učinkovito preprečila tresenje ali krče pri bolnikih. Vendar pa so električni podpisi, ki se pojavijo pred dejanskim napadom ali tremorjem, izjemno subtilni. Prav tako je zelo občutljiva frekvenca in moč želene električne stimulacije, ki lahko prepreči te tresenje ali napade. To je razlog, zakaj majhne prilagoditve za določene bolnike običajno trajajo leta, preden lahko takšna naprava zagotovi optimalno zdravljenje. Če so ti izzivi ustrezno rešeni, se lahko rezultati in dostopnost zagotovo povečajo.
V novi študiji, objavljeni v Narava biomedicinski inženiring, so raziskovalci želeli, da bi naprava dala najboljši možni rezultat za pacienta z zagotavljanjem optimalne stimulacije. To je mogoče doseči le s poslušanjem, pa tudi s snemanjem vzorcev ali nevronskih podpisov. Toda snemanje in stimuliranje električnih signalov je zelo zahtevno, saj lahko velike pulzacije, ki jih povzroči stimulacija, preplavijo električne signale v možganih. Težava pri trenutnih globokih možganskih stimulatorjih je, da ne morejo 'posneti' in hkrati 'dostaviti' stimulacije v isto področje možganov. Ta vidik je najbolj ključen za vsako terapijo z zaprto zanko in nobena taka naprava trenutno ni na voljo komercialno ali drugače.
Tu pride do izraza izjemnost WAND. Raziskovalci so zasnovali vezja po meri WAND, ki lahko "snemajo" popolne signale tako iz subtilnih možganskih valov kot tudi iz močnejših električnih pulzacij. Odštevanje signala od električnih pulzacij ima za posledico jasnejši signal iz možganskih valov, ki ga nobena od obstoječih naprav ne zmore. Tako nam hkratna stimulacija in snemanje v istem predelu možganov posredujeta natančna dogajanja, ki jih lahko uporabimo za oblikovanje idealne terapije. WAND omogoča reprogramiranje za uporabo v različnih aplikacijah. V poskusu v živo na opicah je bila naprava WAND vešča zaznavanja nevronskih podpisov in je nato lahko zagotovila želeno električno stimulacijo. Prvič je bil dokazan sistem z zaprto zanko, ki ti dve nalogi opravlja skupaj.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
Zhou A et al 2018. Brezžična 128-kanalna nevromodulacijska naprava brez artefaktov za stimulacijo in snemanje z zaprto zanko pri primatih razen človeka. Narava biomedicinski inženiring.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
