Engineers have designed a wireless ‘brain stimulator cardiac’ which can detect and prevent tremors or seizures in patients suffering from neurological disorders
Potrivit Organizației Mondiale a Sănătății (OMS) neurological disorders affect more than one billion people worldwide and it causes more than 6 million deaths annually. These disorders include epilepsy, Boala Alzheimer, accident vascular cerebral sau leziuni și boala Parkinson. Impactul acestor boli este prezent atât în țările dezvoltate, cât și în cele în curs de dezvoltare și de multe ori tratamentul nu este disponibil din cauza lipsei unui sistem de sănătate adecvat, a personalului instruit sau a altor factori. Populația globală îmbătrânește și conform OMS, în următorii 30-40 de ani mai mult de jumătate din populație va avea peste 65 de ani. Este imperativ să înțelegem că tulburările neurologice vor fi o povară uriașă pentru sănătate în viitorul apropiat
Un „stimulator cardiac” pentru creier
Engineers from University of California Berkeley USA have designed a novel neurostimulator which can simultaneously listen (‘record’) and also stimulate (‘deliver’) electric current inside the brain. Such a device can provide a perfected personalized treatment for patients suffering from neurological disorders particularly Parkinson’s disease and epilepsy. The device is coined WAND (wireless artifact-free neuromodulation device), and it could be also called as a ‘stimulator cardiac al creierului’ similar to the heart stimulator cardiac – a tiny, battery-operated device which is able to sense when the heart is beating irregularly and then delivers a signal to the heart to achieve the desired correct pace. Similarly, the brain stimulator cardiac is able to wirelessly and autonomously monitor the brain’s electrical activity and once it has learned to identify signs or features of a tremor or sechestrare în creier, dispozitivul poate auto-ajusta parametrii de stimulare prin furnizarea de stimulare electrică „corectă” atunci când ceva nu este în ordine. Este un sistem în buclă închisă care poate înregistra și stimula împreună și este capabil să ajusteze diferiții parametri în timp real. WAND este capabil să înregistreze activitatea electrică din creier pe mai mult de 125 de canale într-un sistem în buclă închisă. Pentru o demonstrație practică, cercetătorii au arătat că WAND a fost capabil să recunoască și să ia măsurile adecvate pentru a întârzia cu succes mișcările extrem de specifice ale brațelor la maimuțele primate (macaci rhesus).
Provocări cu dispozitivele anterioare
Una dintre provocările majore în găsirea terapiei potrivite pentru un pacient cu o afecțiune neurologică este durata lungă a găsirii mai întâi a unei proceduri și apoi costurile ridicate implicate. Orice astfel de dispozitiv ar putea preveni foarte eficient tremorurile sau crizele convulsive la pacienți. Cu toate acestea, semnăturile electrice care vin înaintea crizei efective sau a unui tremur sunt extrem de subtile. De asemenea, este foarte sensibilă și frecvența și puterea stimulării electrice dorite care are capacitatea de a preveni aceste tremurături sau convulsii. Acesta este motivul pentru care micile ajustări pentru anumiți pacienți durează de obicei ani înainte ca orice astfel de dispozitiv să poată oferi un tratament optim. Dacă aceste provocări sunt îndeplinite în mod adecvat, poate exista o creștere clară a rezultatelor și a accesibilității.
Într-un nou studiu publicat în Natura Inginerie biomedicala, cercetătorii au dorit ca dispozitivul să ofere cel mai bun rezultat posibil pentru un pacient, oferind o stimulare optimă. Acest lucru este realizabil doar prin ascultarea și înregistrarea tiparelor sau a semnăturilor neuronale. Însă, înregistrarea și stimularea semnalelor electrice este foarte dificilă, deoarece pulsațiile mari care sunt furnizate prin stimulare pot copleși semnalele electrice din creier. Problema cu stimulatoarele cerebrale profunde actuale este că aceștia nu sunt capabili să „înregistreze” și în același timp „să furnizeze” stimulare în aceeași regiune a creierului. Acest aspect este cel mai crucial pentru orice terapie cu buclă închisă și niciun astfel de dispozitiv nu este disponibil în prezent în comerț sau de altă natură.
Aici intervine excepționalitatea WAND. Cercetătorii au proiectat circuite personalizate WAND care pot „înregistra” semnale complete atât de la undele subtile ale creierului, cât și de la pulsații electrice mai puternice. Scăderea semnalului din pulsațiile electrice are ca rezultat un semnal mai clar de la undele cerebrale, ceea ce niciunul dintre dispozitivele existente nu este capabil să o facă. Astfel, stimularea și înregistrarea simultană în aceeași regiune a creierului ne transmite exact întâmplările care pot fi folosite pentru a proiecta o terapie ideală. WAND permite reprogramarea pentru utilizare în diferite aplicații. Într-un experiment viu pe maimuțe, dispozitivul WAND a fost competent în detectarea semnăturilor neuronale și a fost apoi capabil să furnizeze stimularea electrică dorită. Pentru prima dată, a fost demonstrat că un sistem în buclă închisă îndeplinește aceste două sarcini împreună.
***
{Puteți citi lucrarea originală de cercetare făcând clic pe linkul DOI de mai jos în lista surselor citate}
Sursa (s)
Zhou A et al 2018. Un dispozitiv de neuromodulare cu 128 de canale fără fir și fără artefacte pentru stimularea și înregistrarea în buclă închisă la primate non-umane. Natura Inginerie biomedicala.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
