Insenerid on loonud juhtmevaba aju südamestimulaatormis suudab tuvastada ja ära hoida värinaid või krampe neuroloogiliste häiretega patsientidel
Maailma Terviseorganisatsiooni andmetel (WHO) neuroloogilised häired mõjutavad üle ühe miljardi inimese kogu maailmas ja põhjustavad igal aastal üle 6 miljoni inimese surma. Nende häirete hulka kuuluvad epilepsia, Alzheimeri tõbi, ajurabandus või vigastused ja Parkinsoni tõbi. Nende haiguste mõju avaldub nii arenenud kui ka arengumaades ning sageli on ravi võimatu korraliku tervishoiusüsteemi, koolitatud personali või muude tegurite puudumise tõttu. Maailma rahvastik vananeb ja WHO andmetel on järgmise 30–40 aasta jooksul üle poole elanikkonnast üle 65 aasta vanad. On hädavajalik mõista, et neuroloogilised häired on lähitulevikus tervisele tohutuks koormaks
"Südamestimulaator" aju jaoks
California ülikooli Berkeley USA insenerid on välja töötanud uudse neurostimulaatori, mis suudab samaaegselt kuulata ("salvestada") ja ka stimuleerida ("tarnida") elektrivoolu ajus. Selline seade võib pakkuda täiuslikku isikupärast ravi patsientidele, kes kannatavad neuroloogiliste häirete, eriti Parkinsoni tõve ja epilepsia all. Seade on loodud WAND-iks (juhtmevaba artefaktivaba neuromodulatsiooniseade) ja seda võib nimetada kaaju südamestimulaator' sarnane südamega südamestimulaator – pisike patareitoitega seade, mis suudab tajuda, millal süda lööb ebaregulaarselt ja annab seejärel südamele signaali soovitud õige tempo saavutamiseks. Samamoodi aju südamestimulaator suudab juhtmevabalt ja autonoomselt jälgida aju elektrilist aktiivsust ning kui see on õppinud tuvastama värina või värina tunnuseid või tunnuseid arestimine ajus saab seade ise reguleerida stimulatsiooni parameetreid, pakkudes "õiget" elektrilist stimulatsiooni, kui midagi pole korras. See on suletud ahelaga süsteem, mis suudab nii salvestada kui ka stimuleerida ning suudab erinevaid parameetreid reaalajas reguleerida. WAND on võimeline registreerima aju elektrilist aktiivsust enam kui 125 kanali kaudu suletud ahelaga süsteemis. Praktiliseks demonstratsiooniks näitasid teadlased, et WAND suutis ära tunda ja võtta asjakohaseid meetmeid, et edukalt edasi lükata väga spetsiifilisi käte liigutusi primaatide ahvidel (reesusmakaakidel).
Väljakutsed eelmiste seadmetega
Üks peamisi väljakutseid neuroloogilise seisundiga patsiendile õige ravi leidmisel on esmase protseduuri leidmise pikk kestus ja seejärel sellega kaasnevad suured kulud. Iga selline seade võib väga tõhusalt ära hoida patsientide värinaid või krampe. Kuid elektrilised allkirjad, mis tulevad enne tegelikku krambihoogu või värinat, on äärmiselt peened. Samuti on väga tundlik soovitud elektrilise stimulatsiooni sagedus ja tugevus, mis suudab neid värinaid või krampe ära hoida. See on põhjus, miks väikeste kohandamiste tegemiseks konkreetsete patsientide puhul kulub tavaliselt aastaid, enne kui selline seade suudab pakkuda optimaalset ravi. Kui need väljakutsed on adekvaatselt lahendatud, võivad tulemused ja juurdepääsetavus kindlasti paraneda.
Uues uuringus avaldatud Looduse biomeditsiinitehnikaTeadlased soovisid, et seade annaks patsiendile parima võimaliku tulemuse, pakkudes optimaalset stimulatsiooni. See on saavutatav ainult kuulates, samuti mustreid või närvisignatuure salvestades. Kuid elektriliste signaalide salvestamine ja stimuleerimine on väga keeruline, kuna stimulatsiooniga edastatavad suured pulsatsioonid võivad aju elektrilisi signaale ületada. Praeguste süvaaju stimulaatorite probleem seisneb selles, et nad ei suuda "salvestada" ja samal ajal "toimetada" stimulatsiooni samasse ajupiirkonda. See aspekt on mis tahes suletud ahelaga ravi jaoks kõige olulisem ja praegu ei ole sellist seadet kaubanduslikult ega muul viisil saadaval.
Siin tuleb pildile WANDi erakordsus. Teadlased kujundasid WAND-i kohandatud vooluringid, mis suudavad "salvestada" täielikke signaale nii peentest ajulainetest kui ka tugevamatest elektrilistest pulsatsioonidest. Elektriliste pulsatsioonide signaali lahutamine annab ajulainetest selgema signaali, mida ükski olemasolevatest seadmetest ei suuda. Seega annab samaaegne stimulatsioon ja salvestamine samas ajupiirkonnas meile edasi täpsed sündmused, mida saab kasutada ideaalse teraapia kujundamiseks. WAND võimaldab ümberprogrammeerimist erinevates rakendustes kasutamiseks. Ahvidega tehtud reaalajas katses oli WAND-seade närvisignatuuride tuvastamise oskus ja suutis seejärel pakkuda soovitud elektrilist stimulatsiooni. Esimest korda on näidatud, et suletud ahelaga süsteem täidab neid kahte ülesannet koos.
***
{Saate lugeda esialgset uurimistööd, klõpsates alltoodud allika(te) loendis DOI lingil}
Allikas (d)
Zhou A et al 2018. Juhtmeta ja artefaktivaba 128-kanaliline neuromodulatsiooniseade suletud ahelaga stimuleerimiseks ja salvestamiseks ahvilistel. Looduse biomeditsiinitehnika.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
