Innovativ hjerneimplantat kan forbedre Parkinsons behandling
Et nytt, smart implantat som "lytter" til hjernesignaler, kan bidra til å behandle epilepsi og andre nevrologiske tilstander, for eksempel Parkinsons sykdom.
Leger bruker nevrostimulering for å behandle forskjellige tilstander, inkludert epilepsi, effekten av hjerneslag og til og med depresjon. Denne behandlingen innebærer bruk av spesielle enheter som sender elektriske impulser for å kontrollere hjernens og sentralnervesystemets aktivitet.
Leger bruker noen ganger også denne teknikken for å forbedre symptomene på Parkinsons sykdom, en nevrologisk tilstand som påvirker fysisk balanse og evnen til å bevege eller koordinere beina i beina.
Nevrostimulatorenhetene som for øyeblikket er tilgjengelige for behandling av nevrologiske tilstander er imidlertid ikke i stand til å både stimulere hjerneaktivitet og registrere den samtidig.
Nå har spesialister fra University of California (UC), Berkeley, utviklet en ny, sofistikert neurostimulator som ser ut til å være i stand til å oppnå dette. Det kan ha potensial til å forbedre behandlingen av epilepsi, Parkinson og andre tilstander.
Forskerteamet har kalt denne enheten "WAND", som står for "trådløs gjenstandsfri neuromoduleringsenhet." WAND har to små eksterne kontrollere, som hver overvåker 64 elektroder som sitter i hjernen.
Denne enheten kan overvåke elektrisk aktivitet i hjernen og lære å identifisere unormale signaler som indikerer tilstedeværelsen av et anfall eller skjelving. WAND kan da hjelpe til med å modulere elektriske signaler i hjernen for å forhindre slike hendelser og symptomer.
I motsetning til lignende eksisterende enheter, som bare kan registrere elektrisk aktivitet fra opptil åtte punkter i hjernen, kan WAND spore aktivitet fra 128 forskjellige kanaler.
Ny enhet er kostnads- og tidseffektiv
I studieoppgaven deres, som tidsskriftet Natur biomedisinsk ingeniørfag har publisert, bemerker forskerne at WAND i fremtiden potensielt kan bidra til å forbedre livene til mennesker som har anfall eller lever med forskjellige nevrologiske forhold.
"Prosessen med å finne riktig behandling for en pasient er ekstremt kostbar og kan ta år," forklarer assisterende professor Rikky Muller, en av forskerne.
“Betydelig reduksjon i både kostnader og varighet kan potensielt føre til sterkt forbedrede resultater og tilgjengelighet. Vi vil gjøre det mulig for enheten å finne ut hva som er den beste måten å stimulere for en gitt pasient til å gi de beste resultatene. Og du kan bare gjøre det ved å lytte og ta opp nevrale signaturer. ”
Rikky Muller
Muller og teamet har testet WAND i en dyremodell ved å bruke rhesusmakaker for å vise hvordan enheten kan lære å gjenkjenne hjernesignaler for spesifikke armbevegelser og hvordan den deretter kan virke på de samme signalene.
I sine nylige eksperimenter lærte forskerne makaker med WAND-implantater å bruke en joystick til å sende markører på skjermen til utpekte steder.
Etter en stund lærte de implanterte enhetene å oppdage nevrale signaler som tilsvarte makakenes håndbevegelser. Når de hadde identifisert disse mønstrene, var de i stand til å sende ut elektriske signaler som forsinket håndbevegelsene.
"Selv om forsinkelse av reaksjonstiden er noe som har blitt demonstrert før, er dette, så vidt vi vet, første gang det er demonstrert i et lukket sløyfesystem kun basert på en nevrologisk registrering," sier Muller.
"I fremtiden har vi som mål å innlemme læring i vår lukkede sløyfeplattform for å bygge intelligente enheter som kan finne ut hvordan du best kan behandle deg og fjerne legen fra å måtte stadig gripe inn i denne prosessen," legger hun til.
WAND-dobbeltaktivitet kan øke behandlingen
Forskerne forklarer at de nåværende tilgjengelige neurostimulatorenhetene ikke er i stand til å oppdage signatur elektriske signaler i hjernen mens de også modulerer slike signaler.
Dette, bemerker de, er at de elektriske pulser som nevrostimulatoren avgir, "tilslører" de originale hjernesignalene, og dermed gjør dem praktisk talt ikke påviselige.
“For å levere lukket sløyfe-stimuleringsbaserte terapier, som er et stort mål for personer som behandler Parkinsons og epilepsi og en rekke nevrologiske lidelser, er det veldig viktig å både utføre nevrale opptak og stimulering samtidig, som foreløpig ingen eneste kommersielle enhet gjør det, ”sier studieforfatter Samantha Santacruz, tidligere forsker ved UC Berkeley og nå assisterende professor ved University of Texas i Austin.
I motsetning til andre nevrostimulatorer, har WAND-enheter en unik design med spesialtilpassede integrerte kretser som er i stand til å registrere de subtile elektriske signalene som hjernen sender ut, samtidig som de sender ut sterkere impulser for å "korrigere" feil signaler.
Takket være WAND, "[b] fordi vi faktisk kan stimulere og registrere i samme hjerneområde, vet vi nøyaktig hva som skjer når vi gir en terapi," bemerker Muller.
