Innovativt hjerneimplantat kan forbedre Parkinsons behandling
Et nyt, smart implantat, der "lytter" til hjernesignaler, kan hjælpe med at behandle epilepsi og andre neurologiske tilstande, såsom Parkinsons sygdom.
Læger bruger neurostimulation til behandling af forskellige tilstande, herunder epilepsi, virkningerne af slagtilfælde og endda depression. Denne behandling involverer brug af specielle enheder, der sender elektriske impulser til at kontrollere hjernens og centralnervesystemets aktivitet.
Læger bruger undertiden også denne teknik til at forbedre symptomerne på Parkinsons sygdom, en neurologisk tilstand, der påvirker fysisk balance og evnen til at bevæge sig eller koordinere lemmernes bevægelse.
De neurostimulatorenheder, der i øjeblikket er tilgængelige til behandling af neurologiske tilstande, er imidlertid ikke i stand til både at stimulere hjerneaktivitet og registrere den på samme tid.
Nu har specialister fra University of California (UC), Berkeley, udviklet en ny, sofistikeret neurostimulator, der synes at være i stand til at opnå dette. Det kan have potentialet til at forbedre behandlingen af epilepsi, Parkinsons og andre tilstande.
Forskergruppen har kaldt denne enhed "WAND", som står for "trådløs artefaktfri neuromodulationsenhed." WAND har to små eksterne controllere, der hver overvåger 64 elektroder, der sidder i hjernen.
Denne enhed kan overvåge elektrisk aktivitet i hjernen og lære at identificere unormale signaler, der indikerer tilstedeværelsen af et anfald eller rystelser. WAND kan derefter hjælpe med at modulere elektriske signaler i hjernen for at forhindre sådanne hændelser og symptomer.
I modsætning til lignende eksisterende enheder, som kun kan registrere elektrisk aktivitet fra op til otte punkter i hjernen, kan WAND spore aktivitet fra 128 forskellige kanaler.
Ny enhed er omkostnings- og tidseffektiv
I deres studieoplæg, som tidsskriftet Naturmedicinsk teknik har offentliggjort, bemærker forskerne, at WAND i fremtiden potentielt kan hjælpe med at forbedre livet for mennesker, der har anfald eller lever med forskellige neurologiske tilstande.
”Processen med at finde den rigtige terapi til en patient er ekstremt dyr og kan tage år,” forklarer assisterende professor Rikky Muller, en af forskerne.
”En betydelig reduktion i både omkostninger og varighed kan potentielt føre til stærkt forbedrede resultater og tilgængelighed. Vi vil gøre det muligt for enheden at finde ud af, hvad der er den bedste måde at stimulere for en given patient til at give de bedste resultater. Og det kan du kun gøre ved at lytte og optage neurale signaturer. ”
Rikky Muller
Muller og teamet har testet WAND i en dyremodel ved hjælp af rhesusmakaker for at vise, hvordan enheden kan lære at genkende hjernesignaler til specifikke armbevægelser, og hvordan den derefter kan reagere på de samme signaler.
I deres nylige eksperimenter lærte forskerne makakker med WAND-implantater at bruge et joystick til at sende markører på skærmen til udpegede steder.
Efter et stykke tid lærte de implanterede enheder at opdage de neurale signaler, der svarede til makakernes håndbevægelser. Når de først havde identificeret disse mønstre, kunne de sende elektriske signaler, der forsinkede håndbevægelserne.
”Selvom forsinkelse af reaktionstiden er noget, der er blevet demonstreret før, er dette, så vidt vi ved, første gang, det er blevet demonstreret i et lukket kredsløbssystem, der kun er baseret på en neurologisk registrering,” siger Muller.
”I fremtiden tilstræber vi at indarbejde læring i vores lukkede sløjfeplatform til at opbygge intelligente enheder, der kan finde ud af, hvordan man bedst behandler dig og fjerner lægen fra at skulle konstant gribe ind i denne proces,” tilføjer hun.
WAND dobbeltaktivitet kan øge behandlingen
Forskerne forklarer, at de aktuelt tilgængelige neurostimulatorenheder ikke er i stand til at opdage signatur elektriske signaler i hjernen, mens de også modulerer sådanne signaler.
Dette bemærker de, fordi de elektriske impulser, som neurostimulatoren udsender, "tilslører" de originale hjernesignaler, hvilket gør dem praktisk talt ikke detekterbare.
”For at levere lukkede kredsløb stimuleringsbaserede terapier, hvilket er et stort mål for mennesker, der behandler Parkinsons og epilepsi og en række neurologiske lidelser, er det meget vigtigt både at udføre neurale optagelser og stimulering samtidigt, som i øjeblikket ikke er en eneste kommerciel enhed gør det, ”siger studieforfatter Samantha Santacruz, tidligere forsker ved UC Berkeley og nu assisterende professor ved University of Texas i Austin.
I modsætning til andre neurostimulatorer har WAND-enheder et unikt design med brugerdefinerede integrerede kredsløb, der er i stand til at registrere de subtile elektriske signaler, som hjernen udsender, samtidig med at de sender stærkere impulser til at "korrigere" defekte signaler.
Takket være WAND, ”[b] fordi vi faktisk kan stimulere og registrere i samme hjerneområde, ved vi nøjagtigt, hvad der sker, når vi giver en terapi,” bemærker Muller.
