Engineers have designed a wireless ‘brain elektrokardiostimulators’ which can detect and prevent tremors or seizures in patients suffering from neurological disorders
Saskaņā ar Pasaules Veselības organizācijas datiem (PVO) neurological disorders affect more than one billion people worldwide and it causes more than 6 million deaths annually. These disorders include epilepsy, Alcheimera slimība, smadzeņu insults vai traumas un Parkinsona slimība. Šo slimību ietekme ir gan attīstītajās, gan jaunattīstības valstīs, un daudzas reizes ārstēšana nav pieejama atbilstošas veselības sistēmas, apmācīta personāla vai citu faktoru trūkuma dēļ. Pasaules iedzīvotāji noveco, un saskaņā ar PVO datiem nākamajos 30–40 gados vairāk nekā puse iedzīvotāju būs vecāki par 65 gadiem. Ir obligāti jāsaprot, ka neiroloģiski traucējumi tuvākajā nākotnē būs milzīgs slogs veselībai
"Stimulators" smadzenēm
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 ‘smadzeņu elektrokardiostimulators’ similar to the heart elektrokardiostimulators – 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 elektrokardiostimulators 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 konfiskāciju smadzenēs ierīce var pašregulēt stimulācijas parametrus, nodrošinot "pareizo" elektrisko stimulāciju, ja kaut kas nav kārtībā. Tā ir slēgta cikla sistēma, kas var ierakstīt, kā arī stimulēt līdzās un spēj pielāgot dažādus parametrus reāllaikā. WAND spēj reģistrēt elektrisko aktivitāti smadzenēs vairāk nekā 125 kanālos slēgtā cikla sistēmā. Praktiskai demonstrācijai pētnieki parādīja, ka WAND spēja atpazīt un veikt atbilstošus pasākumus, lai veiksmīgi aizkavētu ārkārtīgi specifiskas roku kustības primātu pērtiķiem (rēzus makakiem).
Izaicinājumi ar iepriekšējām ierīcēm
Viens no galvenajiem izaicinājumiem, lai atrastu pareizo terapiju pacientam ar neiroloģisku stāvokli, ir ilgstošais procedūras atrašanas laiks un pēc tam ar to saistītās augstās izmaksas. Jebkura šāda ierīce var ļoti efektīvi novērst trīci vai krampjus pacientiem. Tomēr elektriskie signāli, kas parādās pirms faktiskās lēkmes vai trīces, ir ārkārtīgi smalki. Arī vēlamās elektriskās stimulācijas biežums un stiprums, kas spēj novērst šos trīci vai krampjus, ir arī ļoti jutīgs. Šī iemesla dēļ nelielas korekcijas konkrētiem pacientiem parasti prasa vairākus gadus, pirms jebkura šāda ierīce spēj nodrošināt optimālu ārstēšanu. Ja šīs problēmas tiek pienācīgi risinātas, rezultāti un pieejamība var ievērojami palielināties.
Jaunā pētījumā, kas publicēts Dabas biomedicīnas inženierija, pētnieki vēlējās, lai ierīce sniegtu pacientam vislabāko iespējamo rezultātu, nodrošinot optimālu stimulāciju. Tas ir sasniedzams, tikai klausoties, kā arī ierakstot modeļus vai neironu parakstus. Taču elektrisko signālu ierakstīšana un stimulēšana ir ļoti sarežģīta, jo lielas pulsācijas, ko rada stimulācija, var pārvarēt elektriskos signālus smadzenēs. Problēma ar pašreizējiem dziļo smadzeņu stimulatoriem ir tāda, ka tie nespēj “reģistrēt” un tajā pašā laikā “nogādāt” stimulāciju tajā pašā smadzeņu reģionā. Šis aspekts ir vissvarīgākais jebkurai slēgtā cikla terapijai, un neviena šāda ierīce pašlaik nav pieejama komerciāli vai citādi.
Šeit parādās WAND izņēmums. Pētnieki izstrādāja WAND pielāgotas shēmas, kas var “ierakstīt” pilnīgus signālus gan no smalkiem smadzeņu viļņiem, gan no spēcīgākām elektriskām pulsācijām. Signāla atņemšana no elektriskajām pulsācijām rada skaidrāku signālu no smadzeņu viļņiem, ko nespēj paveikt neviena no esošajām ierīcēm. Tādējādi vienlaicīga stimulācija un ierakstīšana tajā pašā smadzeņu reģionā sniedz mums precīzus notikumus, kurus var izmantot, lai izstrādātu ideālu terapiju. WAND ļauj pārprogrammēt izmantošanai dažādās lietojumprogrammās. Tiešā eksperimentā ar pērtiķiem WAND ierīce spēja noteikt neironu parakstus un pēc tam varēja nodrošināt vēlamo elektrisko stimulāciju. Pirmo reizi ir demonstrēta slēgta cikla sistēma, kas ļauj veikt šos divus uzdevumus kopā.
***
{Jūs varat izlasīt oriģinālo pētījumu, noklikšķinot uz DOI saites, kas norādīta tālāk citēto avotu sarakstā}
Avots (-i)
Zhou A et al 2018. Bezvadu un artefaktu nesaturoša 128 kanālu neiromodulācijas ierīce slēgta cikla stimulēšanai un ierakstīšanai primātiem, kas nav cilvēkveidīgie primāti. Dabas biomedicīnas inženierija.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
