Rice universiteto inžinieriai sukūrė mažiausią implantuojamą smegenų stimuliatorių, kuris buvo parodytas žmogui. Dėl novatoriškos magnetoelektrinės galios perdavimo technologijos žirnio dydžio prietaisas, sukurtas Jacobo Robinsono Rice laboratorijoje, bendradarbiaujant su Motif Neurotech ir gydytojais Dr. Sameer Sheth ir Dr. Sunil Sheth, gali būti maitinamas belaidžiu ryšiu per išorinį siųstuvą ir naudojamas stimuliuoti smegenys per kietąją žarną – apsauginę membraną, pritvirtintą prie kaukolės dugno.
Prietaisas, žinomas kaip skaitmeniniu būdu programuojama smegenų terapija (DOT), gali pakeisti vaistams atsparios depresijos ir kitų psichikos ar neurologinių sutrikimų gydymą, suteikdama terapinę alternatyvą, suteikiančią didesnę pacientų savarankiškumą ir prieinamumą nei dabartinė neurostimuliacija pagrįsta terapija. mažiau invazinės nei kitos smegenų ir kompiuterių sąsajos (BCI).
„Šiame dokumente parodome, kad mūsų prietaisas, žirnio dydžio, gali suaktyvinti motorinę žievę, todėl pacientas judina ranką“, – sakė Rice elektros ir kompiuterių inžinerijos bei bioinžinerijos profesorius Robinsonas. „Ateityje implantą galime įdėti virš kitų smegenų dalių, pavyzdžiui, prefrontalinės žievės, kur tikimės pagerinti žmonių, sergančių depresija ar kitais sutrikimais, vykdomąją veiklą.
Esamos implantuojamos smegenų stimuliavimo technologijos yra maitinamos palyginti didelėmis baterijomis, kurias reikia padėti po oda kitoje kūno vietoje ir ilgais laidais sujungti su stimuliuojančiu prietaisu. Dėl tokių projektavimo apribojimų reikia atlikti daugiau operacijų, todėl asmuo patiria didesnę aparatinės įrangos implantavimo naštą, laidų trūkimo ar gedimo riziką ir būtinybę ateityje atlikti baterijos keitimo operacijas.
„Mes pašalinome baterijos poreikį, belaidžiu būdu maitindami įrenginį naudodami išorinį siųstuvą”, – paaiškino Joshua Woodsas, Robinsono laboratorijos elektrotechnikos magistrantūros studentas ir pagrindinis tyrimo, paskelbto 2012 m. Mokslo pažanga. Amanda Singer, buvusi Rice taikomosios fizikos programos absolventė, dabar dirbanti Motif Neurotech, taip pat yra pagrindinė autorė.
Technologija remiasi medžiaga, kuri magnetinius laukus paverčia elektriniais impulsais. Šis konversijos procesas yra labai efektyvus mažose skalėse ir turi gerą paklaidų toleranciją, o tai reiškia, kad norint jį suaktyvinti ir valdyti nereikia sudėtingų ar minučių manevravimo. Prietaisas yra 9 milimetrų pločio ir gali tiekti 14,5 voltų stimuliaciją.
„Mūsų implantas visą savo energiją gauna per šį magnetoelektrinį efektą“, – sakė Robinsonas, kuris yra startuolio „Motif“, kuris siekia, kad prietaisas būtų pateiktas rinkai, įkūrėjas ir generalinis direktorius. „Dėl šio energijos perdavimo fizikos tai yra daug efektyvesnė nei bet kuri kita belaidžio energijos perdavimo technologija tokiomis sąlygomis.”
Motif yra viena iš kelių neurotechninių kompanijų, kurios tiria BCI potencialą pakeisti neurologinių sutrikimų gydymą.
„Neurostimuliacija yra labai svarbi norint įgalinti terapiją psichikos sveikatos srityje, kai dėl šalutinio vaistų poveikio ir veiksmingumo trūkumo daugelis žmonių neturi tinkamų gydymo galimybių“, – sakė Robinsonas.
Tyrėjai laikinai išbandė prietaisą su pacientu, naudodami jį motorinei žievei – už judėjimą atsakingą smegenų daliai – stimuliavimui ir rankos judesių atsakui generuoti. Tada jie parodė, kad kiaulių prietaiso sąsajos su smegenimis yra stabilios 30 dienų.
„To nebuvo daryta anksčiau, nes signalo, reikalingo smegenims stimuliuoti per kietąją žarną, kokybė ir stiprumas anksčiau buvo neįmanomi naudojant belaidį energijos perdavimą tokiems mažiems implantams“, – sakė Woodsas.
Robinsonas įsivaizduoja, kad technologija bus naudojama patogiai namuose. Gydytojas paskirs gydymą ir pateiks prietaiso naudojimo gaires, tačiau pacientai visiškai kontroliuos, kaip skiriamas gydymas.
„Grįžęs namo, pacientas užsidėdavo skrybėlę arba nešiojamą maitinimą ir bendraudavo su implantu, spausdavo „eiti“ savo iPhone arba išmaniame laikrodyje, o tada to implanto elektrinė stimuliacija suaktyvindavo neuronų tinklą smegenyse“, – sakė Robinsonas. pasakė.
Implantacijai prireiktų minimaliai invazinės 30 minučių trukmės procedūros, kurios metu prietaisas būtų įdėtas į kaulą virš smegenų. Ir implantas, ir pjūvis būtų praktiškai nematomi, o pacientas tą pačią dieną vyktų namo.
„Kai galvojate apie širdies stimuliatorių, tai labai įprasta širdies priežiūros dalis”, – sakė Shethas, profesorius ir tyrimų vicepirmininkas, McNair Scholar ir Culleno fondo Neurochirurgijos katedros katedra Baylor College of Medicine. „Esant neurologiniams ir psichikos sutrikimams ekvivalentas yra gilioji smegenų stimuliacija (DBS), kuri skamba baisiai ir invaziškai. DBS iš tikrųjų yra gana saugi procedūra, tačiau tai vis tiek yra smegenų operacija, o dėl jos suvoktos rizikos bus labai žemos ribos. žmonių, kurie nori tai priimti ir gali gauti naudos iš šios technologijos. 30 minučių trunkanti nedidelė procedūra, kuri yra šiek tiek daugiau nei odos operacija, atliekama ambulatoriškai. centras, yra daug labiau toleruojamas nei DBS. Taigi, jei galime parodyti, kad jis yra toks pat veiksmingas kaip ir labiau invazinės alternatyvos, ši terapija greičiausiai turės daug didesnį poveikį psichinei sveikatai.
Esant kai kurioms ligoms, pvz., sergant epilepsija, prietaisas gali būti įjungtas nuolat arba didžiąją laiko dalį, tačiau esant tokiems sutrikimams kaip depresija ir OKS, norint pasiekti norimus pokyčius, gali pakakti kelių minučių stimuliacijos per dieną. tikslinio neuronų tinklo veikime.
Kalbant apie tolesnius veiksmus, Robinsonas teigė, kad tyrinėjant jį „labai domina idėja sukurti implantų tinklus ir sukurti implantus, kurie galėtų stimuliuoti ir įrašyti, kad jie galėtų teikti adaptyvias individualizuotas terapijas, pagrįstas jūsų smegenų parašais. “ Terapinės plėtros požiūriu Motif Neurotech šiuo metu siekia gauti FDA patvirtinimą ilgalaikiam klinikiniam tyrimui su žmonėmis. Pacientai ir globėjai gali užsiregistruoti Motif Neurotech svetainėje, kad sužinotų, kada ir kur prasidės šie bandymai.
Darbą iš dalies palaikė Roberto ir Janice McNair fondas, McNair medicinos institutas, DARPA ir Nacionalinis mokslo fondas.
