Οι μηχανικοί έχουν σχεδιάσει έναν ασύρματο «εγκέφαλο». βηματοδότηςπου μπορεί να ανιχνεύσει και να αποτρέψει τρόμο ή επιληπτικές κρίσεις σε ασθενείς που πάσχουν από νευρολογικές διαταραχές
Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (Ο ΟΠΟΊΟΣ) οι νευρολογικές διαταραχές επηρεάζουν περισσότερους από ένα δισεκατομμύριο ανθρώπους παγκοσμίως και προκαλούν περισσότερους από 6 εκατομμύρια θανάτους ετησίως. Αυτές οι διαταραχές περιλαμβάνουν την επιληψία, Της νόσου του Alzheimer, εγκεφαλικό εγκεφαλικό επεισόδιο ή τραυματισμοί και Της νόσου του Parkinson. Ο αντίκτυπος αυτών των ασθενειών είναι παρών τόσο στις ανεπτυγμένες όσο και στις αναπτυσσόμενες χώρες και πολλές φορές η θεραπεία δεν είναι διαθέσιμη λόγω έλλειψης κατάλληλου συστήματος υγείας, εκπαιδευμένου προσωπικού ή άλλων παραγόντων. Ο παγκόσμιος πληθυσμός γερνάει και σύμφωνα με τον ΠΟΥ, στα επόμενα 30-40 χρόνια περισσότερο από το ήμισυ του πληθυσμού θα είναι άνω των 65 ετών. Είναι επιτακτική ανάγκη να κατανοήσουμε ότι οι νευρολογικές διαταραχές πρόκειται να αποτελέσουν τεράστιο βάρος για την υγεία στο εγγύς μέλλον
Ένας «βηματοδότης» για τον εγκέφαλο
Μηχανικοί από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ των ΗΠΑ έχουν σχεδιάσει έναν νέο νευροδιεγέρτη που μπορεί ταυτόχρονα να ακούει («εγγραφή») και επίσης να διεγείρει («να παρέχει») ηλεκτρικό ρεύμα μέσα στον εγκέφαλο. Μια τέτοια συσκευή μπορεί να παρέχει μια τελειοποιημένη εξατομικευμένη θεραπεία για ασθενείς που πάσχουν από νευρολογικές διαταραχές, ιδιαίτερα τη νόσο του Πάρκινσον και την επιληψία. Η συσκευή είναι επινοημένη WAND (ασύρματη συσκευή νευροδιαμόρφωσης χωρίς τεχνήματα) και θα μπορούσε επίσης να ονομαστεί ως «εγκεφαλικός βηματοδότης'' παρόμοια με την καρδιά βηματοδότης – μια μικροσκοπική συσκευή που λειτουργεί με μπαταρίες, η οποία μπορεί να ανιχνεύσει πότε η καρδιά χτυπά ακανόνιστα και στη συνέχεια μεταδίδει ένα σήμα στην καρδιά για να επιτύχει τον επιθυμητό σωστό ρυθμό. Ομοίως, ο εγκέφαλος βηματοδότης είναι σε θέση να παρακολουθεί ασύρματα και αυτόνομα την ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου και μόλις μάθει να αναγνωρίζει σημεία ή χαρακτηριστικά τρόμου ή κατάσχεση στον εγκέφαλο, η συσκευή μπορεί να ρυθμίσει μόνος του τις παραμέτρους διέγερσης παρέχοντας τη «σωστή» ηλεκτρική διέγερση όταν κάτι δεν είναι εντάξει. Είναι ένα σύστημα κλειστού βρόχου που μπορεί να καταγράφει και να διεγείρει παράλληλα και είναι σε θέση να προσαρμόζει τις διαφορετικές παραμέτρους σε πραγματικό χρόνο. Το WAND είναι σε θέση να καταγράφει ηλεκτρική δραστηριότητα στον εγκέφαλο σε περισσότερα από 125 κανάλια σε ένα σύστημα κλειστού βρόχου. Για μια πρακτική επίδειξη, οι ερευνητές έδειξαν ότι το WAND ήταν σε θέση να αναγνωρίσει και να λάβει τα κατάλληλα μέτρα για να καθυστερήσει με επιτυχία τις εξαιρετικά συγκεκριμένες κινήσεις των χεριών σε πιθήκους πρωτευόντων (rhesus macaques).
Προκλήσεις με προηγούμενες συσκευές
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για την εύρεση της σωστής θεραπείας για έναν ασθενή με νευρολογική πάθηση είναι η μεγάλη διάρκεια της εύρεσης πρώτα μιας διαδικασίας και μετά το υψηλό κόστος που συνεπάγεται. Οποιαδήποτε τέτοια συσκευή θα μπορούσε πολύ αποτελεσματικά να αποτρέψει τρόμο ή κρίσεις σε ασθενείς. Ωστόσο, οι ηλεκτρικές υπογραφές που έρχονται πριν από την πραγματική κρίση ή έναν τρόμο είναι εξαιρετικά λεπτές. Επίσης, πολύ ευαίσθητη είναι και η συχνότητα και η ισχύς της επιθυμητής ηλεκτρικής διέγερσης που έχει την ικανότητα να αποτρέπει αυτούς τους τρόμους ή κρίσεις. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μικρές προσαρμογές για συγκεκριμένους ασθενείς συνήθως χρειάζονται χρόνια πριν οποιαδήποτε τέτοια συσκευή είναι σε θέση να παρέχει τη βέλτιστη θεραπεία. Εάν αυτές οι προκλήσεις αντιμετωπιστούν επαρκώς, μπορεί να υπάρξει σίγουρη αύξηση των αποτελεσμάτων και της προσβασιμότητας.
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Φύση Βιοϊατρική μηχανική, οι ερευνητές ήθελαν η συσκευή να δίνει το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα για έναν ασθενή παρέχοντας τη βέλτιστη διέγερση. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μόνο με την ακρόαση καθώς και την εγγραφή των μοτίβων ή των νευρικών υπογραφών. Όμως, η καταγραφή και η διέγερση ηλεκτρικών σημάτων είναι πολύ προκλητική, καθώς μεγάλοι παλμοί που παρέχονται με διέγερση μπορούν να κατακλύσουν τα ηλεκτρικά σήματα στον εγκέφαλο. Το πρόβλημα με τους τρέχοντες διεγέρτες βαθιάς εγκεφάλου είναι ότι δεν μπορούν να «καταγράψουν» και ταυτόχρονα να «παραδώσουν» διέγερση στην ίδια περιοχή του εγκεφάλου. Αυτή η πτυχή είναι η πιο κρίσιμη για οποιαδήποτε θεραπεία κλειστού βρόχου και καμία τέτοια συσκευή δεν διατίθεται προς το παρόν στο εμπόριο ή με άλλο τρόπο.
Εδώ φαίνεται η εξαιρετικότητα του WAND. Οι ερευνητές σχεδίασαν προσαρμοσμένα κυκλώματα WAND που μπορούν να «καταγράφουν» πλήρη σήματα τόσο από τα διακριτικά εγκεφαλικά κύματα όσο και από ισχυρότερους ηλεκτρικούς παλμούς. Η αφαίρεση του σήματος από τους ηλεκτρικούς παλμούς έχει ως αποτέλεσμα ένα πιο καθαρό σήμα από τα εγκεφαλικά κύματα, κάτι που καμία από τις υπάρχουσες συσκευές δεν μπορεί να κάνει. Έτσι, η ταυτόχρονη διέγερση και καταγραφή στην ίδια περιοχή του εγκεφάλου μας μεταφέρει τα ακριβή συμβάντα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να σχεδιάσουμε μια ιδανική θεραπεία. Το WAND επιτρέπει τον επαναπρογραμματισμό για χρήση σε διαφορετικές εφαρμογές. Σε ένα ζωντανό πείραμα σε πιθήκους, η συσκευή WAND ήταν ικανή στην ανίχνευση νευρικών υπογραφών και στη συνέχεια ήταν σε θέση να προσφέρει την επιθυμητή ηλεκτρική διέγερση. Για πρώτη φορά, ένα σύστημα κλειστού βρόχου έχει αποδειχθεί ότι εκτελεί αυτές τις δύο εργασίες μαζί.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Zhou A et al 2018. Μια ασύρματη και χωρίς τεχνουργήματα συσκευή νευροτροποποίησης 128 καναλιών για διέγερση και καταγραφή κλειστού βρόχου σε πρωτεύοντα πλην του ανθρώπου. Φύση Βιοϊατρική μηχανική.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
