Engineers have designed a wireless ‘brain קוצב לב’ which can detect and prevent tremors or seizures in patients suffering from neurological disorders
על פי ארגון הבריאות העולמי (מי) neurological disorders affect more than one billion people worldwide and it causes more than 6 million deaths annually. These disorders include epilepsy, מחלת אלצהיימר, שבץ מוחי או פציעות ו מחלת פרקינסון. ההשפעה של מחלות אלו קיימת הן במדינות מפותחות והן במדינות מתפתחות ופעמים רבות הטיפול אינו זמין עקב היעדר מערכת בריאות מתאימה, כוח אדם מיומן או גורמים אחרים. האוכלוסייה העולמית מזדקנת ולפי ארגון הבריאות העולמי, ב-30-40 השנים הבאות יותר ממחצית האוכלוסייה תהיה מעל גיל 65. זה הכרחי להבין שהפרעות נוירולוגיות הולכות להיות נטל בריאותי עצום בעתיד הקרוב
'קוצב לב' למוח
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 ‘קוצב לב מוח’ similar to the heart קוצב לב – 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 קוצב לב 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 תפיסה במוח, המכשיר יכול לכוונן את פרמטרי הגירוי בעצמו על ידי אספקת הגירוי החשמלי ה'נכון' כאשר משהו אינו תקין. זוהי מערכת לולאה סגורה שיכולה להקליט וגם לעורר לצדה ומסוגלת להתאים את הפרמטרים השונים בזמן אמת. WAND מסוגל לתעד פעילות חשמלית במוח על פני יותר מ-125 ערוצים במערכת לולאה סגורה. לצורך הדגמה מעשית, החוקרים הראו ש-WAND הצליח לזהות ולנקוט אמצעים מתאימים כדי לדחות בהצלחה תנועות זרוע ספציפיות ביותר בקופי פרימטים (מקאק רזוס).
אתגרים עם מכשירים קודמים
אחד האתגרים העיקריים במציאת הטיפול המתאים למטופל הסובל ממצב נוירולוגי הוא משך הזמן הארוך של מציאת הליך תחילה ולאחר מכן העלויות הגבוהות הכרוכות בכך. כל מכשיר כזה יכול למנוע ביעילות רבה רעידות או התקפים בחולים. עם זאת, החתימות החשמליות שמגיעות לפני ההתקף או הרעד בפועל הן עדינות ביותר. כמו כן, התדירות והחוזק של הגירוי החשמלי הרצוי שיש לו את היכולת למנוע רעידות או התקפים אלו גם הוא רגיש מאוד. זו הסיבה לכך שהתאמות קטנות עבור מטופלים מסוימים לוקחות בדרך כלל שנים עד שכל מכשיר כזה מסוגל לספק טיפול אופטימלי. אם האתגרים הללו ייענו בצורה מספקת, יכולה להיות עלייה ברורה בתוצאות ובנגישות.
במחקר חדש שפורסם ב הנדסה ביו רפואית, חוקרים רצו שהמכשיר ייתן את התוצאה הטובה ביותר למטופל על ידי מתן גירוי אופטימלי. ניתן להשיג זאת רק על ידי האזנה כמו גם הקלטת הדפוסים או החתימות העצביות. אבל, הקלטת וגירוי אותות חשמליים היא מאתגרת מאוד שכן פעימות גדולות המועברות על ידי גירוי יכולות להציף את האותות החשמליים במוח. הבעיה עם ממריצים מוחיים עמוקים כיום היא שהם אינם מסוגלים 'להקליט' ובו זמנית 'לספק' גירוי לאותו אזור במוח. היבט זה הוא המכריע ביותר עבור כל טיפול בלולאה סגורה ואין מכשיר כזה זמין כעת מסחרי או אחר.
כאן נכנס לתמונה יוצא הדופן של WAND. חוקרים תכננו מעגלים מותאמים אישית של WAND שיכולים 'להקליט' אותות שלמים הן מגלי המוח העדינים והן מפעימות חשמליות חזקות יותר. חיסור האות מפעימות חשמליות מביא לאות ברור יותר מגלי המוח שאף אחד מהמכשירים הקיימים לא מסוגל לעשות. לפיכך, גירוי והקלטה בו-זמנית באותו אזור במוח מעבירים לנו את ההתרחשויות המדויקות שניתן להשתמש בהן כדי לעצב טיפול אידיאלי. WAND מאפשר תכנות מחדש לשימוש ביישומים שונים. בניסוי חי על קופים, מכשיר WAND היה מיומן בזיהוי חתימות עצביות ולאחר מכן היה מסוגל לספק את הגירוי החשמלי הרצוי. לראשונה, הוכחה מערכת בלולאה סגורה המבצעת את שתי המשימות הללו יחד.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
Zhou A et al 2018. מכשיר נוירומודולציה 128 ערוצים אלחוטי ונטול חפצים לגירוי והקלטה בלולאה סגורה בפרימטים שאינם אנושיים. הנדסה ביו רפואית.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
