mózg

Bezprzewodowy rozrusznik mózgu

 

Wewnętrzne rozruszniki serca stosowane są już od niemal siedemdziesięciu lat. Obecnie są to bardzo małe urządzenia, nie większe niż pudełko zapałek, wszczepiane pod skórę, gdzie mogą pozostać nawet do piętnastu lat. Elektrody umiejscowione w tkance mięśnia sercowego pozwalają monitorować rytm serca i korygować go, gdy jest nieprawidłowy. Dzięki temu rozrusznik może zapobiegać arytmii lub ratować życie w przypadku zawału serca. W krytycznym momencie wysyła odpowiedni impuls elektryczny, który przywraca do normy pracę mięśnia sercowego.

Serce to nie jedyny narząd w ludzkim ciele, którego nieprawidłowa praca wiąże się z zaburzeniami sygnałów elektrycznych. Także niektóre schorzenia dotyczące mózgu, takie jak epilepsja czy choroba Parkinsona, mogą być do pewnego stopnia kontrolowane dzięki stymulacji elektrycznej. Jednak w przypadku mózgu właściwe dobranie siły, czasu i miejsca działania impulsów jest bardziej skomplikowane. Wynika to między innymi z faktu, że sygnatury elektryczne, które poprzedzają epizod drżenia lub atak padaczkowy mogą być niezwykle subtelne. Ich wykrycie, będące warunkiem umożliwiającym zareagowanie i zneutralizowanie nieprawidłowej aktywności jest więc znacznie trudniejsze.

Naukowcy z University of California – Berkeley opracowali bezprzewodowe urządzenie do głębokiej stymulacji mózgu, nazywane WAND (ang. wireless artifact-free neuromodulation device). Jest ono w stanie jednocześnie monitorować na 128 kanałach aktywność neuronów oraz wysyłać do nich impulsy elektryczne. Takie działanie jest bardzo trudne – sygnały pochodzące z komórek nerwowych są maskowane przez znacznie od nich silniejsze impulsy wysyłane z urządzenia. Przypomina to próbę dostrzeżenia drobnych zmarszczek na powierzchni stawu podczas uderzania stopami w wodę. Stosowane obecnie stymulatory podczas wysyłania impulsu albo przerywają monitorowanie aktywności neuronów, albo obserwują ją w innej części mózgu. Jednak aby taka terapia była naprawdę skuteczna w przypadku osób z chorobą Parkinsona, epilepsją oraz wieloma innymi schorzeniami neurologicznymi, niezbędne jest jednoczesne obserwowanie aktywności komórek nerwowych i jej korygowanie. To dlatego WAND jest wyjątkowym urządzeniem. Unikatowa konstrukcja jego układów scalonych pozwala odróżnić aktywność bioelektryczną mózgu od impulsów, które sam wysyła.

Zespół z Berkeley przeprowadził test swojego urządzenia z udziałem małp. Zwierzętom wszczepiono stymulator, następnie zaś nauczono je używać joysticka do przesuwania kursora we wskazaną pozycję. Po upływie okresu treningowego WAND był w stanie wykryć i zidentyfikować aktywność neuronów stanowiącą sygnaturę przygotowywania się mózgu do wykonania ruchu dłonią, a także wysłać impuls elektryczny opóźniający aktywność ruchową. Świadczy to o sprawnym funkcjonowaniu urządzenia i jego wysokiej czułości. W przyszłości naukowcy zamierzają usprawnić WAND dzięki sztucznej inteligencji, która umożliwi mu uczenie się i dostosowywanie do indywidualnych potrzeb poszczególnych pacjentów.

Źródło:

Zhou A., Santacruz S.R., Johnson B.C., Alexandrov G., Moin A., Burghardt F.L., Rabaey J.M., Carmena J.M., Muller R., A wireless and artefact-free 128-channel neuromodulation device for closed-loop stimulation and recording in non-human primates. Nature Biomedical Engineering, 2018

Skomentuj

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.