Inženýři navrhli bezdrátový 'mozek kardiostimulátorkterý dokáže detekovat a předcházet třesu nebo záchvatům u pacientů trpících neurologickými poruchami
Podle Světové zdravotnické organizace (WHO) neurologické poruchy postihují více než jednu miliardu lidí na celém světě a ročně způsobí více než 6 milionů úmrtí. Mezi tyto poruchy patří epilepsie, Alzheimerova nemoc, mozková mrtvice nebo poranění a Parkinsonova nemoc. Dopad těchto onemocnění je přítomen ve vyspělých i rozvojových zemích a léčba je často nedostupná kvůli nedostatku řádného zdravotního systému, vyškoleného personálu nebo jiných faktorů. Celosvětová populace stárne a podle WHO bude v příštích 30-40 letech více než polovina populace starší 65 let. Je nutné si uvědomit, že neurologické poruchy budou v blízké budoucnosti představovat obrovskou zdravotní zátěž
'Pacemaker' pro mozek
Inženýři z University of California Berkeley USA navrhli nový neurostimulátor, který dokáže současně poslouchat („nahrávat“) a také stimulovat („dodávat“) elektrický proud uvnitř mozku. Takové zařízení může poskytnout dokonalou personalizovanou léčbu pro pacienty trpící neurologickými poruchami, zejména Parkinsonovou chorobou a epilepsií. Zařízení je vytvořeno WAND (bezdrátové neuromodulační zařízení bez artefaktů) a mohlo by být také nazýváno jako „mozkový kardiostimulátor"podobné srdci." kardiostimulátor – maličké, bateriově napájené zařízení, které je schopno snímat nepravidelný tlukot srdce a následně do srdce vyšle signál k dosažení požadovaného správného tempa. Podobně i mozek kardiostimulátor je schopen bezdrátově a autonomně monitorovat elektrickou aktivitu mozku a jakmile se naučí identifikovat známky nebo rysy třesu nebo záchvat v mozku může zařízení samo upravovat parametry stimulace tím, že dodává „správnou“ elektrickou stimulaci, když něco není v pořádku. Jedná se o systém s uzavřenou smyčkou, který dokáže nahrávat i stimulovat a je schopen upravovat různé parametry v reálném čase. WAND je schopen zaznamenat elektrickou aktivitu v mozku přes více než 125 kanálů v uzavřeném systému. Pro praktickou ukázku výzkumníci ukázali, že WAND byl schopen rozpoznat a přijmout vhodná opatření k úspěšnému oddálení extrémně specifických pohybů paží u primátů (makaků rhesus).
Výzvy s předchozími zařízeními
Jedním z hlavních problémů při hledání správné terapie pro pacienta s neurologickým onemocněním je zdlouhavé trvání prvního postupu a poté vysoké náklady. Každé takové zařízení by mohlo velmi účinně zabránit třesu nebo záchvatům u pacientů. Avšak elektrické signatury, které přicházejí před skutečným záchvatem nebo třesem, jsou extrémně jemné. Také frekvence a síla požadované elektrické stimulace, která má schopnost zabránit těmto třesům nebo záchvatům, je také velmi citlivá. To je důvod, proč malé úpravy pro konkrétní pacienty obvykle trvají roky, než je takové zařízení schopné poskytnout optimální léčbu. Pokud jsou tyto výzvy adekvátně splněny, může dojít k určitému zvýšení výsledků a dostupnosti.
V nové studii zveřejněné v Přírodní biomedicínské inženýrství, výzkumníci chtěli, aby zařízení poskytovalo co nejlepší výsledek pro pacienta tím, že poskytuje optimální stimulaci. Toho lze dosáhnout pouze nasloucháním a také zaznamenáváním vzorců nebo nervových signatur. Zaznamenávání a stimulace elektrických signálů je však velmi náročná, protože velké pulsace dodávané stimulací mohou přehlušit elektrické signály v mozku. Problém současných hlubokých mozkových stimulátorů spočívá v tom, že nejsou schopny „zaznamenat“ a zároveň „poskytnout“ stimulaci do stejné oblasti mozku. Tento aspekt je nejdůležitější pro jakoukoli terapii s uzavřenou smyčkou a žádné takové zařízení není v současnosti komerčně ani jinak dostupné.
Zde se ukazuje výjimečnost WAND. Výzkumníci navrhli vlastní obvody WAND, které dokážou „zaznamenat“ kompletní signály jak z jemných mozkových vln, tak ze silnějších elektrických pulzací. Odečtení signálu od elektrických pulzací vede k jasnějšímu signálu z mozkových vln, což žádné ze stávajících zařízení neumí. Simultánní stimulace a záznam ve stejné oblasti mozku nám tedy zprostředkuje přesné děje, které lze použít k navržení ideální terapie. WAND umožňuje přeprogramování pro použití v různých aplikacích. V živém experimentu na opicích bylo zařízení WAND schopné detekovat neurální signatury a poté bylo schopno dodat požadovanou elektrickou stimulaci. Poprvé byl demonstrován systém s uzavřenou smyčkou, který tyto dva úkoly provádí společně.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Zhou A et al 2018. Bezdrátové 128kanálové neuromodulační zařízení bez artefaktů pro stimulaci a záznam v uzavřené smyčce u subhumánních primátů. Přírodní biomedicínské inženýrství.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
