Інжынеры распрацавалі бесправадны «мозг». кардыёстымулятар», які можа выяўляць і прадухіляць тремор або курчы ў пацыентаў з неўралагічнымі захворваннямі
Па дадзеных Сусветнай арганізацыі аховы здароўя (СААЗ) неўралагічныя захворванні закранаюць больш за мільярд чалавек ва ўсім свеце і становяцца прычынай больш чым 6 мільёнаў смерцяў штогод. Гэтыя захворванні ўключаюць эпілепсію, Хвароба Альцгеймера, інсульт або траўмы галаўнога мозгу і Хвароба Паркінсана. Уплыў гэтых захворванняў прысутнічае як у развітых краінах, так і ў краінах, якія развіваюцца, і шмат разоў лячэнне недаступна з-за адсутнасці належнай сістэмы аховы здароўя, падрыхтаванага персаналу або іншых фактараў. Насельніцтва свету старэе, і па дадзеных СААЗ, у бліжэйшыя 30-40 гадоў больш за палову насельніцтва будзе старэйшыя за 65 гадоў. Неабходна разумець, што ў бліжэйшы час неўралагічныя засмучэнні стануць велізарнай нагрузкай для здароўя
«Кардыёстымулятар» для мозгу
Інжынеры з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Берклі ЗША распрацавалі новы нейрастымулятар, які можа адначасова праслухоўваць («запісваць») і стымуляваць («падаваць») электрычны ток у мозг. Такая прылада можа забяспечыць удасканаленае персаналізаванае лячэнне для пацыентаў, якія пакутуюць неўралагічнымі захворваннямі, у прыватнасці хваробай Паркінсана і эпілепсіяй. Прылада атрымала назву WAND (бесправадная нейрамадуляцыйная прылада без артэфактаў), і яе таксама можна назваць "кардыёстымулятар мозгу' падобны да сэрца кардыёстымулятар – малюсенькая прылада, якая працуе ад батарэі, здольная адчуваць, калі сэрца б'ецца нерэгулярна, а затым падае сэрцу сігнал для дасягнення патрэбнага правільнага тэмпу. Сапраўды гэтак жа і мозг кардыёстымулятар здольны па бесправадной сувязі і аўтаномна кантраляваць электрычную актыўнасць мозгу і, як толькі ён навучыўся вызначаць прыкметы або асаблівасці тремора або захоп у мозгу прылада можа самастойна рэгуляваць параметры стымуляцыі, забяспечваючы «правільную» электрычную стымуляцыю, калі нешта не ў парадку. Гэта сістэма з замкнёным цыклам, якая можа запісваць, а таксама стымуляваць разам і можа рэгуляваць розныя параметры ў рэжыме рэальнага часу. WAND можа рэгістраваць электрычную актыўнасць у мозгу па больш чым 125 каналах у замкнёнай сістэме. Для практычнай дэманстрацыі даследчыкі паказалі, што WAND змог распазнаць і прыняць адпаведныя меры для паспяховай затрымкі надзвычай спецыфічных рухаў рук у малпаў-прыматаў (макак-рэзус).
Праблемы з папярэднімі прыладамі
Адной з асноўных праблем у пошуку правільнай тэрапіі для пацыента з неўралагічным захворваннем з'яўляецца працяглая працягласць спачатку пошуку працэдуры, а затым высокія выдаткі. Любое такое прыстасаванне можа вельмі эфектыўна прадухіліць тремор або сутаргавыя прыступы ў пацыентаў. Тым не менш, электрычныя сігнатуры, якія з'яўляюцца перад фактычным прыступам або трэморам, надзвычай тонкія. Акрамя таго, частата і сіла жаданай электрычнай стымуляцыі, якая мае магчымасць прадухіліць гэтыя дрыгаценне або курчы, таксама вельмі адчувальныя. Вось чаму невялікія карэкціроўкі для канкрэтных пацыентаў звычайна займаюць гады, перш чым любое такое прылада зможа забяспечыць аптымальнае лячэнне. Калі гэтыя праблемы будуць адэкватна вырашаны, можа адбыцца пэўнае павелічэнне вынікаў і даступнасці.
У новым даследаванні, апублікаваным у Прырода біямедыцынскія інжынерыя, даследчыкі хацелі, каб прылада дала найлепшы вынік для пацыента, забяспечваючы аптымальную стымуляцыю. Гэта дасягальна толькі шляхам праслухоўвання, а таксама запісу шаблонаў або нейронавых сігнатур. Але запіс і стымуляцыя электрычных сігналаў з'яўляецца вельмі складанай задачай, паколькі вялікія пульсацыі, якія дастаўляюцца стымуляцыяй, могуць заглушыць электрычныя сігналы ў мозгу. Праблема сучасных глыбокіх стымулятараў мозгу ў тым, што яны не ў стане «запісваць» і адначасова «дастаўляць» стымуляцыю ў тую ж вобласць мозгу. Гэты аспект з'яўляецца найбольш важным для любой тэрапіі з замкнёным цыклам, і ў цяперашні час такая прылада не даступная камерцыйна або іншым чынам.
Вось дзе выяўляецца выключнасць WAND. Даследчыкі распрацавалі спецыяльныя схемы WAND, якія могуць "запісваць" поўныя сігналы як ад тонкіх мазгавых хваль, так і ад больш моцных электрычных пульсацый. Адніманне сігналу ад электрычных пульсацый прыводзіць да атрымання больш выразнага сігналу ад мазгавых хваль, чаго не ў стане зрабіць ні адно з існуючых прылад. Такім чынам, адначасовая стымуляцыя і запіс у адной і той жа вобласці мозгу перадае нам дакладныя падзеі, якія можна выкарыстоўваць для распрацоўкі ідэальнай тэрапіі. WAND дазваляе перапраграмаваць для выкарыстання ў розных прылажэннях. У жывым эксперыменце на малпах прылада WAND была дасведчана ў выяўленні нейронавых сігнатур, а затым змагла даставіць жаданую электрычную стымуляцыю. Упершыню была прадэманстравана замкнёная сістэма для сумеснага выканання гэтых дзвюх задач.
***
{Вы можаце прачытаць арыгінальную даследчую працу, націснуўшы на спасылку DOI, прыведзены ніжэй у спісе цытуемых крыніц}
Крыніца (я)
Zhou A et al 2018. Бесправадная 128-канальная нейрамадуляцыйная прылада без артэфактаў для стымуляцыі і запісу ў замкнёным цыкле ў прыматаў, якія не з'яўляюцца людзьмі. Прырода біямедыцынскія інжынерыя.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
