Inženjeri su dizajnirali bežični 'mozak' pejsmejker' koji može otkriti i spriječiti drhtanje ili napadaje kod pacijenata koji pate od neuroloških poremećaja
Prema Svjetskoj zdravstvenoj organizaciji (WHO) neurološki poremećaji pogađaju više od milijardu ljudi diljem svijeta i uzrokuju više od 6 milijuna smrti godišnje. Ovi poremećaji uključuju epilepsiju, Alzheimerova bolest, moždani udar ili ozljede i Parkinsonovu bolest. Utjecaj ovih bolesti prisutan je i u razvijenim zemljama i u zemljama u razvoju i mnogo puta liječenje je nedostupno zbog nedostatka odgovarajućeg zdravstvenog sustava, obučenog osoblja ili drugih čimbenika. Svjetska populacija stari i prema WHO-u, u sljedećih 30-40 godina više od polovice stanovništva bit će starije od 65 godina. Neophodno je razumjeti da će neurološki poremećaji biti veliki zdravstveni teret u bliskoj budućnosti
'Pacemaker' za mozak
Inženjeri s kalifornijskog sveučilišta Berkeley SAD dizajnirali su novi neurostimulator koji može istovremeno slušati ('snimati') i stimulirati ('isporučivati') električnu struju unutar mozga. Takav uređaj može pružiti savršen personalizirani tretman za pacijente koji pate od neuroloških poremećaja, posebice Parkinsonove bolesti i epilepsije. Uređaj je skovan WAND (wireless artifact-free neuromodulation device), a mogao bi se nazvati i 'pacemaker mozga' slično srcu pejsmejker – maleni uređaj na baterije koji može osjetiti kada srce kuca nepravilno i zatim šalje signal srcu kako bi postigao željeni točan ritam. Slično, mozak pejsmejker može bežično i autonomno pratiti električnu aktivnost mozga i nakon što nauči prepoznati znakove ili značajke tremora ili oduzimanje u mozgu, uređaj može samostalno podešavati parametre stimulacije isporukom 'ispravne' električne stimulacije kada nešto nije u redu. To je sustav zatvorene petlje koji može snimati, kao i stimulirati, te je sposoban prilagoditi različite parametre u stvarnom vremenu. WAND može snimiti električnu aktivnost u mozgu preko više od 125 kanala u sustavu zatvorene petlje. Za praktičnu demonstraciju, istraživači su pokazali da je WAND bio sposoban prepoznati i poduzeti odgovarajuće mjere kako bi uspješno odgodio izrazito specifične pokrete ruku kod majmuna primata (rezus makakija).
Izazovi s prethodnim uređajima
Jedan od najvećih izazova u pronalaženju prave terapije za pacijenta s neurološkim stanjem je dugotrajnost najprije pronalaženja postupka, a zatim i visoki troškovi. Svaki takav uređaj mogao bi vrlo učinkovito spriječiti drhtanje ili konvulzije kod pacijenata. Međutim, električni potpisi koji dolaze prije stvarnog napadaja ili tremora iznimno su suptilni. Također, vrlo je osjetljiva i učestalost i snaga željene električne stimulacije koja ima sposobnost spriječiti ove podrhtavanje ili napadaje. To je razlog zašto male prilagodbe za određene pacijente obično prođu godinama prije nego što bilo koji takav uređaj može pružiti optimalno liječenje. Ako se ti izazovi adekvatno odgovore, može doći do definitivnog povećanja rezultata i pristupačnosti.
U novoj studiji objavljenoj u Biomedicinsko inženjerstvo prirode, istraživači su željeli da uređaj pruži najbolji mogući ishod za pacijenta pružajući optimalnu stimulaciju. To je moguće postići samo slušanjem, kao i snimanjem uzoraka ili neuronskih potpisa. No, snimanje i stimuliranje električnih signala vrlo je izazovno jer velike pulsacije koje se isporučuju stimulacijom mogu nadjačati električne signale u mozgu. Problem s trenutnim dubokim moždanim stimulatorima je taj što oni ne mogu 'snimiti' i istovremeno 'isporučiti' stimulaciju u istu regiju mozga. Ovaj aspekt je najvažniji za svaku terapiju zatvorene petlje i nijedan takav uređaj trenutno nije dostupan komercijalno ili na neki drugi način.
Ovdje dolazi do izražaja izuzetnost WAND-a. Istraživači su dizajnirali sklopove prilagođene WAND-u koji mogu 'snimiti' kompletne signale iz suptilnih moždanih valova kao i iz jačih električnih pulsacija. Oduzimanje signala od električnih pulsacija rezultira jasnijim signalom iz moždanih valova što niti jedan od postojećih uređaja nije u stanju učiniti. Dakle, istovremena stimulacija i snimanje u istoj regiji mozga prenosi nam točna događanja koja se mogu koristiti za dizajniranje idealne terapije. WAND omogućuje reprogramiranje za korištenje u različitim aplikacijama. U eksperimentu uživo na majmunima, WAND uređaj bio je vješti u otkrivanju neuronskih potpisa i tada je bio u stanju isporučiti željenu električnu stimulaciju. Po prvi put je demonstriran sustav zatvorene petlje za obavljanje ova dva zadatka zajedno.
***
{Izvorni istraživački rad možete pročitati klikom na vezu DOI koja se nalazi u nastavku na popisu citiranih izvora}
Izvor (i)
Zhou A et al 2018. Bežični i 128-kanalni neuromodulacijski uređaj bez artefakata za stimulaciju zatvorene petlje i snimanje kod primata koji nisu ljudi. Biomedicinsko inženjerstvo prirode.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
