Ingenjörer har designat en trådlös hjärna pacemakersom kan upptäcka och förhindra skakningar eller anfall hos patienter som lider av neurologiska störningar
Enligt Världshälsoorganisationen (VEM) neurologiska störningar drabbar mer än en miljard människor världen över och orsakar mer än 6 miljoner dödsfall årligen. Dessa sjukdomar inkluderar epilepsi, Alzheimers sjukdom, hjärnslag eller skador och Parkinsons sjukdom. Effekterna av dessa sjukdomar är närvarande i både utvecklade länder och utvecklingsländer och många gånger är behandling otillgänglig på grund av brist på ett ordentligt hälsosystem, utbildad personal eller andra faktorer. Den globala befolkningen åldras och enligt WHO kommer mer än hälften av befolkningen att vara över 30 år under de kommande 40-65 åren. Det är absolut nödvändigt att förstå att neurologiska störningar kommer att bli en enorm hälsobörda inom en snar framtid
En "pacemaker" för hjärnan
Ingenjörer från University of California Berkeley USA har designat en ny neurostimulator som samtidigt kan lyssna ('spela in') och även stimulera ('leverera') elektrisk ström inuti hjärnan. En sådan anordning kan ge en perfekt anpassad behandling för patienter som lider av neurologiska störningar, särskilt Parkinsons sjukdom och epilepsi. Enheten är myntad WAND (trådlös artefaktfri neuromodulationsenhet), och den kan också kallas en 'hjärnans pacemaker"liknar hjärtat pacemaker – en liten batteridriven enhet som kan känna av när hjärtat slår oregelbundet och sedan levererar en signal till hjärtat för att uppnå önskad korrekt takt. På samma sätt hjärnan pacemaker kan trådlöst och autonomt övervaka hjärnans elektriska aktivitet och när den väl har lärt sig att identifiera tecken eller drag på en tremor eller beslag i hjärnan kan enheten självjustera stimuleringsparametrar genom att leverera "korrekt" elektrisk stimulering när något inte är i sin ordning. Det är ett slutet system som kan spela in och stimulera vid sidan av och som kan justera de olika parametrarna i realtid. WAND kan registrera elektrisk aktivitet i hjärnan över mer än 125 kanaler i ett slutet system. För en praktisk demonstration visade forskare att WAND kunde känna igen och vidta lämpliga åtgärder för att framgångsrikt fördröja extremt specifika armrörelser hos primatapor (rhesusmakaker).
Utmaningar med tidigare enheter
En av de stora utmaningarna för att hitta rätt behandling för en patient som har ett neurologiskt tillstånd är den långa varaktigheten av att först hitta ett ingrepp och sedan de höga kostnaderna. Vilken som helst sådan anordning skulle mycket effektivt kunna förhindra skakningar eller anfall hos patienter. De elektriska signaturerna som kommer före själva anfallet eller en tremor är dock extremt subtila. Frekvensen och styrkan av den önskade elektriska stimuleringen som har förmågan att förhindra dessa skakningar eller anfall är också mycket känslig. Det är anledningen till att små justeringar för vissa patienter vanligtvis tar år innan någon sådan enhet kan ge en optimal behandling. Om dessa utmaningar möts på ett adekvat sätt kan det bli en klar ökning av resultat och tillgänglighet.
I en ny studie publicerad i Naturbiomedicinsk teknik, ville forskarna att enheten skulle ge bästa möjliga resultat för en patient genom att ge en optimal stimulering. Detta kan endast uppnås genom att lyssna och spela in mönstren eller neurala signaturer. Men att spela in och stimulera elektriska signaler är mycket utmanande eftersom stora pulsationer som levereras genom stimulering kan överväldiga de elektriska signalerna i hjärnan. Problemet med nuvarande djupa hjärnstimulatorer är att de inte kan "spela in" och samtidigt "leverera" stimulering till samma region av hjärnan. Denna aspekt är den mest avgörande för all sluten slingterapi och ingen sådan anordning är för närvarande tillgänglig kommersiell eller på annat sätt.
Det är här det exceptionella hos WAND kommer in i bilden. Forskare designade WAND-anpassade kretsar som kan "spela in" fullständiga signaler från både de subtila hjärnvågorna och från starkare elektriska pulseringar. Subtraktionen av signalen från elektriska pulseringar resulterar i en tydligare signal från hjärnvågorna vilket ingen av de befintliga enheterna kan göra. Således förmedlar samtidig stimulering och inspelning i samma region av hjärnan oss de exakta händelserna som kan användas för att utforma en ideal terapi. WAND tillåter omprogrammering för användning i olika applikationer. I ett liveexperiment på apor var WAND-enheten skicklig i att detektera neurala signaturer och kunde sedan leverera den önskade elektriska stimuleringen. För första gången har ett slutet system visat sig kunna utföra dessa två uppgifter tillsammans.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Zhou A et al 2018. En trådlös och artefaktfri 128-kanals neuromoduleringsenhet för stimulering och inspelning med sluten slinga hos icke-mänskliga primater. Naturbiomedicinsk teknik.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
