A mérnökök vezeték nélküli agyat terveztek pacemakeramely képes felismerni és megelőzni a remegést vagy görcsrohamokat neurológiai rendellenességekben szenvedő betegeknél
Az Egészségügyi Világszervezet szerint (WHO) a neurológiai rendellenességek világszerte több mint egymilliárd embert érintenek, és évente több mint 6 millió ember halálát okozzák. Ezek a betegségek közé tartozik az epilepszia, Alzheimer kór, agyvérzés vagy sérülések és Parkinson kór. Ezeknek a betegségeknek a hatása a fejlett és a fejlődő országokban egyaránt jelen van, és sokszor a megfelelő egészségügyi rendszer, képzett személyzet vagy egyéb tényezők hiánya miatt a kezelés nem elérhető. A világ népessége öregszik, és a WHO szerint a következő 30-40 évben a lakosság több mint fele 65 év feletti lesz. Feltétlenül meg kell érteni, hogy a neurológiai rendellenességek a közeljövőben hatalmas egészségügyi terhet jelentenek
„Pacemaker” az agy számára
A University of California Berkeley USA mérnökei egy új neurostimulátort terveztek, amely egyszerre képes figyelni („rögzíteni”) és stimulálni („szállítani”) az elektromos áramot az agyban. Egy ilyen eszköz tökéletes, személyre szabott kezelést nyújthat neurológiai rendellenességekben, különösen Parkinson-kórban és epilepsziában szenvedő betegek számára. Az eszközt WAND-nak (vezeték nélküli, műtermék-mentes neuromodulációs eszköznek) fejlesztették ki, és úgy is nevezhetjük, mint "agyi pacemaker' hasonló a szívhez pacemaker – egy apró, elemmel működő készülék, amely képes érzékelni, ha szabálytalanul ver a szív, majd jelet küld a szívnek, hogy elérje a kívánt ütemet. Hasonlóképpen az agy pacemaker képes vezeték nélkül és autonóm módon monitorozni az agy elektromos aktivitását, és miután megtanulta felismerni a remegés jeleit vagy jellemzőit elkobzás az agyban az eszköz képes önbeállítani a stimulációs paramétereket azáltal, hogy „helyes” elektromos stimulációt ad le, ha valami nincs rendben. Ez egy zárt hurkú rendszer, amely egyszerre tud rögzíteni és stimulálni, és képes a különböző paraméterek valós időben történő beállítására. A WAND zárt hurkú rendszerben több mint 125 csatornán képes rögzíteni az agy elektromos aktivitását. Gyakorlati demonstráció céljából a kutatók kimutatták, hogy a WAND képes volt felismerni és megfelelő intézkedéseket tenni annak érdekében, hogy sikeresen késleltesse a rendkívül specifikus karmozgásokat főemlősmajmokban (rhesus makákók).
Kihívások a korábbi eszközökkel
A neurológiai betegségben szenvedő betegek számára a megfelelő terápia megtalálásának egyik legnagyobb kihívása az első eljárás megtalálásának hossza, majd az ezzel járó magas költségek. Minden ilyen eszköz nagyon hatékonyan megelőzheti a betegek remegését vagy rohamát. A tényleges roham vagy remegés előtt megjelenő elektromos jelek azonban rendkívül finomak. Ezenkívül a kívánt elektromos stimuláció gyakorisága és erőssége, amely képes megakadályozni ezeket a remegést vagy rohamokat, szintén nagyon érzékeny. Ez az oka annak, hogy bizonyos betegeknél a kis módosítások általában évekbe telnek, mire bármely ilyen eszköz képes optimális kezelést nyújtani. Ha ezeket a kihívásokat megfelelően teljesítik, az eredmények és a hozzáférhetőség határozottan javulhat.
Egy új, a Természet Biomedical Engineering, a kutatók azt akarták, hogy az eszköz a lehető legjobb eredményt nyújtsa a páciens számára azáltal, hogy optimális stimulációt biztosít. Ez csak hallgatással, valamint a minták vagy neurális aláírások rögzítésével érhető el. Az elektromos jelek rögzítése és stimulálása azonban nagy kihívást jelent, mivel a stimuláció által kibocsátott nagy pulzációk elnyomhatják az agy elektromos jeleit. A jelenlegi mélyagy-stimulátorokkal az a probléma, hogy nem képesek „rögzíteni” és egyben „átadni” a stimulációt ugyanabban az agyi régióban. Ez a szempont a legdöntőbb bármely zárt hurkú terápia esetében, és jelenleg sem kereskedelmi forgalomban, sem más módon nem kapható ilyen eszköz.
Itt jön képbe a WAND kivételessége. A kutatók WAND-ra szabott áramköröket terveztek, amelyek képesek „rögzíteni” teljes jeleket a finom agyhullámokból, valamint az erősebb elektromos pulzációkból. Az elektromos lüktetésekből származó jelek kivonása tisztább jelet eredményez az agyhullámokból, amire a meglévő eszközök egyike sem képes. Így az egyidejű stimuláció és rögzítés az agy ugyanazon régiójában pontosan azokat a történéseket közvetíti számunkra, amelyek alapján ideális terápia tervezhető. A WAND lehetővé teszi az újraprogramozást különböző alkalmazásokhoz. Egy majmokon végzett élő kísérletben a WAND eszköz jártas volt az idegi aláírások detektálásában, majd képes volt a kívánt elektromos stimulációt leadni. Első alkalommal mutatták be, hogy zárt hurkú rendszerrel együtt hajtják végre ezt a két feladatot.
***
{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}
Forrás (ok)
Zhou A et al 2018. Vezeték nélküli és műtermékek nélküli 128 csatornás neuromodulációs eszköz zárt hurkú stimulációhoz és rögzítéshez főemlősökben. Természet Biomedical Engineering.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
