Ingeniører har designet en trådløs hjerne pacemaker' som kan oppdage og forhindre skjelvinger eller anfall hos pasienter som lider av nevrologiske lidelser
I følge Verdens helseorganisasjon (HVEM) nevrologiske lidelser påvirker mer enn én milliard mennesker over hele verden, og det forårsaker mer enn 6 millioner dødsfall årlig. Disse lidelsene inkluderer epilepsi, Alzheimers sykdom, hjerneslag eller skader og Parkinsons sykdom. Effekten av disse sykdommene er til stede i både utviklede land og utviklingsland, og mange ganger er behandling utilgjengelig på grunn av mangel på et skikkelig helsesystem, trent personell eller andre faktorer. Den globale befolkningen eldes, og ifølge WHO vil mer enn halvparten av befolkningen i løpet av de neste 30-40 årene være over 65 år. Det er viktig å forstå at nevrologiske lidelser kommer til å bli en stor helsebelastning i nær fremtid
En 'pacemaker' for hjernen
Ingeniører fra University of California Berkeley USA har designet en ny nevrostimulator som samtidig kan lytte («ta opp») og også stimulere («levere») elektrisk strøm inne i hjernen. En slik enhet kan gi en perfekt tilpasset behandling for pasienter som lider av nevrologiske lidelser, spesielt Parkinsons sykdom og epilepsi. Enheten er laget WAND (trådløs artefaktfri nevromodulasjonsenhet), og den kan også kalles en 'pacemaker i hjernen' ligner på hjertet pacemaker – en liten batteridrevet enhet som er i stand til å registrere når hjertet slår uregelmessig og deretter gir et signal til hjertet for å oppnå ønsket riktig tempo. På samme måte hjernen pacemaker er i stand til trådløst og autonomt å overvåke hjernens elektriske aktivitet og når den har lært å identifisere tegn eller trekk på en skjelving eller anfall i hjernen kan enheten selvjustere stimuleringsparametere ved å levere "riktig" elektrisk stimulering når noe ikke er i orden. Det er et lukket sløyfesystem som både kan ta opp og stimulere ved siden av og som kan justere de forskjellige parameterne i sanntid. WAND er i stand til å registrere elektrisk aktivitet i hjernen over mer enn 125 kanaler i et lukket sløyfesystem. For en praktisk demonstrasjon viste forskere at WAND var i stand til å gjenkjenne og iverksette passende tiltak for å lykkes med å forsinke ekstremt spesifikke armbevegelser hos primataper (rhesus macaques).
Utfordringer med tidligere enheter
En av de store utfordringene med å finne riktig behandling for en pasient som har en nevrologisk tilstand, er den lange varigheten av først å finne en prosedyre og deretter de høye kostnadene det medfører. Enhver slik enhet kan meget effektivt forhindre skjelvinger eller anfall hos pasienter. Imidlertid er de elektriske signaturene som kommer før selve anfallet eller en skjelving ekstremt subtile. Frekvensen og styrken til den ønskede elektriske stimuleringen som har evnen til å forhindre disse skjelvingene eller anfallene er også veldig følsom. Det er grunnen til at små justeringer for bestemte pasienter vanligvis tar år før en slik enhet er i stand til å gi en optimal behandling. Hvis disse utfordringene møtes tilstrekkelig, kan det bli en klar økning i resultater og tilgjengelighet.
I en ny studie publisert i Naturbiomedisinsk ingeniørfag, ønsket forskere at enheten skulle gi best mulig resultat for en pasient ved å gi en optimal stimulering. Dette er kun oppnåelig ved å lytte samt registrere mønstre eller nevrale signaturer. Men å registrere og stimulere elektriske signaler er svært utfordrende ettersom store pulsasjoner som leveres ved stimulering kan overvelde de elektriske signalene i hjernen. Problemet med nåværende dype hjernestimulatorer er at de ikke er i stand til å "ta opp" og samtidig "levere" stimulering til samme region av hjernen. Dette aspektet er det mest avgjørende for enhver lukket sløyfeterapi, og ingen slik enhet er for øyeblikket tilgjengelig kommersielt eller på annen måte.
Det er her eksepsjonaliteten til WAND kommer inn i bildet. Forskere designet WAND-tilpassede kretser som kan "ta opp" fullstendige signaler fra både de subtile hjernebølgene så vel som fra sterkere elektriske pulsasjoner. Subtraksjonen av signal fra elektriske pulsasjoner resulterer i et klarere signal fra hjernebølgene som ingen av de eksisterende enhetene er i stand til å gjøre. Dermed formidler samtidig stimulering og registrering i samme region av hjernen oss de nøyaktige hendelsene som kan brukes til å designe en ideell terapi. WAND tillater omprogrammering for bruk i forskjellige applikasjoner. I et levende eksperiment på aper var WAND-enheten dyktig i å oppdage nevrale signaturer og var deretter i stand til å levere den ønskede elektriske stimuleringen. For første gang har et lukket sløyfesystem blitt demonstrert for å utføre disse to oppgavene sammen.
***
{Du kan lese den originale forskningsoppgaven ved å klikke på DOI-lenken nedenfor i listen over siterte kilder}
Source (s)
Zhou A et al 2018. En trådløs og gjenstandsfri 128-kanals nevromodulasjonsenhet for stimulering og opptak i lukket sløyfe hos ikke-menneskelige primater. Naturbiomedisinsk ingeniørfag.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
