Беспроводной нейростимулятор предлагает новое лечение неврологических расстройств
Новый нейростимулятор может одновременно прослушивать и стимулировать электрические токи в головном мозге, потенциально предоставляя тонко настроенные методы лечения пациентам с такими заболеваниями, как эпилепсия и болезнь Паркинсона.
Устройство, названное WAND, работает как «кардиостимулятор для мозга», отслеживая электрическую активность мозга и обеспечивая электрическую стимуляцию, если обнаруживает, что что-то не так.
Эти устройства могут быть чрезвычайно эффективными для предотвращения изнурительных судорог у пациентов с различными неврологическими состояниями. Но электрические предупреждения (сигналы), которые предшествуют приступу или тремору, могут быть чрезвычайно тонкими, и частота и сила электрической стимуляции, требуемой для их предотвращения, индивидуальны. До того, как устройства обеспечат оптимальное лечение, потребуются годы корректировок врачами.
WAND, обозначающий беспроводное нейромодуляционное устройство без артефактов, является как беспроводным, так и автономным. Это означает, что после того, как он научится распознавать признаки тремора или приступа, он может самостоятельно регулировать параметры стимуляции для предотвращения нежелательных движений. И поскольку он является замкнутым, то есть может стимулировать и записывать одновременно, он может регулировать эти параметры в режиме реального времени.
«Процесс поиска правильной терапии для пациента чрезвычайно дорогостоящий и может занять годы. Значительное сокращение как стоимости, так и продолжительности может потенциально привести к значительному улучшению результатов и доступности, - сказал Рикки Мюллер, доцент кафедры электротехники и компьютерных наук в Беркли. - Мы хотим, чтобы устройство выяснило, как лучше всего стимулировать конкретного пациента для достижения наилучших результатов. И вы можете сделать это только путем прослушивания и записи нейронных сигнатур».
WAND может регистрировать электрическую активность по 128 каналам или 128 точкам мозга по сравнению с восемью каналами в других системах с обратной связью. Чтобы продемонстрировать устройство, команда использовала WAND для распознавания и задержки определенных движений рук у макак-резусов. Устройство описано в исследовании, которое появилось 31 декабря в Nature Biomedical Engineering.
Одновременная стимуляция и запись электрических сигналов в мозге во многом похожа на попытку увидеть мелкую рябь в пруду, в то же время брызгая ногами - электрические сигналы от головного мозга подавляются большими импульсами электричества, создаваемыми стимуляцией.
В настоящее время глубокие стимуляторы головного мозга либо прекращают запись во время проведения электростимуляции, либо регистрируют импульсы в другой части мозга, где не применяется стимуляция - по существу, измеряя небольшие колебания в другой точке пруда от брызг.
«Очень важно одновременно выполнять нейронную запись и стимуляцию, чего в настоящее время нет ни у одного коммерческого устройства», - сказала бывший научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли Саманта Сантакруз, которая в настоящее время является доцентом в Техасском университете в Остине.
Исследователи из Cortera Neurotechnologies, Inc., возглавляемой Рикки Мюллером, разработали специальные интегральные схемы WAND, которые могут записывать полный сигнал как от тонких мозговых волн, так и от сильных электрических импульсов. Такая конструкция чипа позволяет WAND вычитать сигнал из электрических импульсов, что приводит к чистому сигналу от мозговых волн.
«Поскольку мы действительно можем стимулировать и записывать в одной и той же области мозга, мы точно знаем, что происходит, когда предоставляем терапию», - сказал Мюллер.
