''קוצב לב מוח'' אלחוטי שיכול לזהות ולמנוע התקפים

מהנדסים תכננו מוח אלחוטי קוצב לבשיכול לזהות ולמנוע רעידות או התקפים בחולים הסובלים מהפרעות נוירולוגיות

על פי ארגון הבריאות העולמי (מי) הפרעות נוירולוגיות משפיעות על יותר ממיליארד אנשים ברחבי העולם והיא גורמת ליותר מ-6 מיליון מקרי מוות מדי שנה. הפרעות אלו כוללות אפילפסיה, 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

מהנדסים מאוניברסיטת קליפורניה ברקלי ארה"ב תכננו נוירוסטימולטור חדשני שיכול להאזין בו זמנית ('להקליט') וגם לעורר ('לספק') זרם חשמלי בתוך המוח. מכשיר כזה יכול לספק טיפול מותאם אישית מושלם לחולים הסובלים מהפרעות נוירולוגיות במיוחד מחלת פרקינסון ואפילפסיה. המכשיר טבע WAND (מכשיר נוירומודולציה ללא חפצים אלחוטיים), ואפשר לקרוא לו גם 'קוצב לב מוח' דומה ללב קוצב לב – מכשיר זעיר המופעל על ידי סוללה המסוגל לחוש מתי הלב פועם באופן לא סדיר ולאחר מכן מעביר אות ללב להגיע לקצב הנכון הרצוי. באופן דומה, המוח קוצב לב מסוגל לנטר באופן אלחוטי ואוטונומי את הפעילות החשמלית של המוח ולאחר שהוא למד לזהות סימנים או מאפיינים של רעד או 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