Innovativ hjärnimplantat kan förbättra Parkinsons behandling
Ett nytt smart implantat som "lyssnar" på hjärnsignaler kan hjälpa till att behandla epilepsi och andra neurologiska tillstånd, såsom Parkinsons sjukdom.
Läkare använder neurostimulering för att behandla olika tillstånd, inklusive epilepsi, effekterna av stroke och till och med depression. Denna behandling innebär att man använder speciella enheter som skickar elektriska impulser för att kontrollera hjärnans och centrala nervsystemets aktivitet.
Läkare använder ibland också denna teknik för att förbättra symtomen på Parkinsons sjukdom, ett neurologiskt tillstånd som påverkar fysisk balans och förmågan att röra eller samordna lemmarnas rörelse.
De neurostimulatoranordningar som för närvarande är tillgängliga för behandling av neurologiska tillstånd kan emellertid inte både stimulera hjärnaktivitet och spela in den samtidigt.
Nu har specialister från University of California (UC), Berkeley utvecklat en ny, sofistikerad neurostimulator som verkar kunna uppnå detta. Det kan ha potential att förbättra behandlingen av epilepsi, Parkinsons och andra tillstånd.
Forskargruppen har kallat denna enhet "WAND", som står för "trådlös artefaktfri neuromoduleringsenhet." WAND har två små externa styrenheter, var och en övervakar 64 elektroder som sitter i hjärnan.
Enheten kan övervaka elektrisk aktivitet i hjärnan och lära sig att identifiera onormala signaler som indikerar närvaron av ett anfall eller skakningar. WAND kan sedan hjälpa till att modulera elektriska signaler i hjärnan för att förhindra sådana händelser och symtom.
Till skillnad från liknande befintliga enheter, som bara kan registrera elektrisk aktivitet från upp till åtta punkter i hjärnan, kan WAND spåra aktivitet från 128 olika kanaler.
Ny enhet är kostnads- och tidseffektiv
I deras studiepapper, som tidskriften Naturmedicinsk teknik har publicerat, konstaterar forskarna att WAND i framtiden potentiellt kan hjälpa till att förbättra livet för människor som har anfall eller lever med olika neurologiska tillstånd.
"Processen att hitta rätt behandling för en patient är extremt kostsam och kan ta år", förklarar biträdande professor Rikky Muller, en av forskarna.
”En betydande minskning av både kostnad och varaktighet kan potentiellt leda till mycket bättre resultat och tillgänglighet. Vi vill göra det möjligt för enheten att räkna ut vad som är det bästa sättet att stimulera för en given patient att ge de bästa resultaten. Och du kan bara göra det genom att lyssna och spela in neuralsignaturerna. ”
Rikky Muller
Muller och teamet har testat WAND i en djurmodell genom att använda rhesusmakaker för att visa hur enheten kan lära sig att känna igen hjärnsignaler för specifika armrörelser och hur den sedan kan agera på samma signaler.
I sina senaste experiment lärde forskarna makaker med WAND-implantat att använda en joystick för att skicka markörer på skärmen till utsedda platser.
Efter ett tag lärde sig de implanterade enheterna att upptäcka nervsignalerna som motsvarade makakernas handrörelser. När de väl hade identifierat dessa mönster kunde de skicka ut elektriska signaler som försenade handrörelserna.
"Medan fördröjning av reaktionstiden är något som har demonstrerats tidigare, så är det, såvitt vi vet, första gången det demonstreras i ett slutet system baserat på en neurologisk inspelning", säger Muller.
"I framtiden strävar vi efter att integrera lärande i vår slutna kretsloppsplattform för att bygga intelligenta enheter som kan ta reda på hur man bäst behandlar dig och avlägsna läkaren från att ständigt behöva ingripa i denna process", tillägger hon.
WAND-dubbelaktivitet kan öka behandlingen
Forskarna förklarar att de för närvarande tillgängliga neurostimulatoranordningarna inte kan upptäcka elektriska signaturer i hjärnan samtidigt som de modulerar sådana signaler.
Detta, noterar de, beror på att de elektriska pulserna som neurostimulatorn avger "döljer" de ursprungliga hjärnsignalerna, vilket gör dem praktiskt taget omöjliga att upptäcka.
”För att kunna leverera stimuleringsbaserade terapier med sluten slinga, vilket är ett stort mål för personer som behandlar Parkinsons och epilepsi och en mängd olika neurologiska störningar, är det mycket viktigt att både utföra neurologiska inspelningar och stimulering samtidigt, vilket för närvarande inte är en enda kommersiell enhet gör, säger studieförfattare Samantha Santacruz, tidigare forskare vid UC Berkeley och nu biträdande professor vid University of Texas i Austin.
Till skillnad från andra neurostimulatorer har WAND-enheter en unik design med anpassade integrerade kretsar som kan spela in de subtila elektriska signalerna som hjärnan avger samtidigt som de skickar ut starkare impulser för att "korrigera" felaktiga signaler.
Tack vare WAND, "[b] eftersom vi faktiskt kan stimulera och spela in i samma hjärnregion, vet vi exakt vad som händer när vi ger en terapi", konstaterar Muller.
