Inženjeri Univerziteta Rajs razvili su najmanji implantabilni stimulator mozga koji je demonstriran na ljudskom pacijentu. Zahvaljujući pionirskoj tehnologiji magnetoelektričnog prenosa energije, uređaj veličine zrna graška razvijen u Rice laboratoriji Džejkoba Robinsona u saradnji sa Motif Neurotech i kliničarima dr. Sameer Shethom i dr. Sunil Shethom može se bežično napajati preko eksternog predajnika i koristiti za stimulaciju mozak kroz duru – zaštitnu membranu pričvršćenu za dno lobanje.
Uređaj, poznat kao Digitalli programable Over-brain Therapeutic (DOT), mogao bi revolucionisati tretman depresije otporne na lekove i drugih psihijatrijskih ili neuroloških poremećaja pružanjem terapijske alternative koja nudi veću autonomiju i pristupačnost pacijentu od trenutnih terapija zasnovanih na neurostimulaciji i manje invazivni od drugih interfejsa mozak-računar (BCI).
„U ovom radu pokazujemo da naš uređaj, veličine zrna graška, može da aktivira motorni korteks, što dovodi do toga da pacijent pomera ruku“, rekao je Robinson, profesor elektrotehnike i računarstva i bioinženjeringa na Rajsu. „U budućnosti možemo postaviti implant iznad drugih delova mozga, poput prefrontalnog korteksa, gde očekujemo da ćemo poboljšati izvršno funkcionisanje kod ljudi sa depresijom ili drugim poremećajima.
Postojeće implantabilne tehnologije za stimulaciju mozga napajaju se relativno velikim baterijama koje treba staviti ispod kože na drugom mestu u telu i povezati sa stimulativnim uređajem preko dugih žica. Takva ograničenja dizajna zahtevaju više operacija i podvrgavaju pojedinca većem teretu implantacije hardvera, riziku od loma žice ili kvara i potrebi za budućim operacijama zamene baterije.
„Uklonili smo potrebu za baterijom bežičnim napajanjem uređaja pomoću eksternog predajnika“, objasnio je Džošua Vuds, diplomirani student elektrotehnike u laboratoriji Robinson i vodeći autor studije objavljene u Science Advances. Amanda Singer, bivša diplomirana studentkinja Rajsovog programa primenjene fizike koja je sada u Motif Neurotech-u, takođe je glavni autor.
Tehnologija se oslanja na materijal koji pretvara magnetna polja u električne impulse. Ovaj proces konverzije je veoma efikasan na malim razmerama i ima dobru toleranciju neusklađenosti, što znači da ne zahteva složeno ili malo manevrisanje da bi se aktivirao i kontrolisao. Uređaj ima širinu od 9 milimetara i može da isporuči 14,5 volti stimulacije.
„Naš implant dobija svu svoju energiju kroz ovaj magnetoelektrični efekat“, rekao je Robinson, koji je osnivač i izvršni direktor Motifa, startapa koji radi na izvođenju uređaja na tržište. „Fizika tog prenosa energije čini ovo mnogo efikasnijim od bilo koje druge tehnologije bežičnog prenosa energije u ovim uslovima.“
Motif je jedna od nekoliko neurotehnoloških kompanija koje istražuju potencijal BCI da revolucionišu tretmane neuroloških poremećaja.
„Neurostimulacija je ključna za omogućavanje terapija u prostoru mentalnog zdravlja gde neželjeni efekti lekova i nedostatak efikasnosti ostavljaju mnoge ljude bez adekvatnih opcija lečenja“, rekao je Robinson.
Istraživači su privremeno testirali uređaj na ljudskom pacijentu, koristeći ga da stimulišu motorni korteks — deo mozga koji je odgovoran za kretanje — i generišući reakciju pokreta ruke. Zatim su pokazali da uređaj komunicira sa mozgom stabilno tokom 30 dana kod svinja.
„Ovo ranije nije urađeno jer su kvalitet i snaga signala potrebnih za stimulaciju mozga kroz duru ranije bili nemogući sa bežičnim prenosom energije za ovako male implantate“, rekao je Vuds.
Robinson zamišlja da se tehnologija koristi iz udobnosti nečijeg doma. Lekar bi propisao tretman i dao smernice za korišćenje uređaja, ali bi pacijenti zadržali potpunu kontrolu nad načinom na koji se lečenje primenjuje.
„Kod kuće, pacijent bi stavio svoj šešir ili nosio da bi napajao i komunicirao sa implantom, gurnuo bi ‘kreni’ na svom iPhone-u ili svom pametnom satu, a zatim bi električna stimulacija iz tog implanta aktivirala neuronsku mrežu unutar mozga“, Robinson rekao.
Implantacija bi zahtevala minimalno invazivnu proceduru od 30 minuta koja bi postavila uređaj u kost preko mozga. I implantat i rez bi bili praktično nevidljivi, a pacijent bi istog dana otišao kući.
„Kada razmišljate o pejsmejkeru, to je veoma rutinski deo kardiološke nege“, rekao je Šet, profesor i potpredsednik istraživanja, MekNair naučnik i Katedra za neurohirurgiju Fondacije Cullen na Medicinskom koledžu Bejlor. „Kod neuroloških i psihijatrijskih poremećaja, ekvivalent je duboka moždana stimulacija (DBS), što zvuči zastrašujuće i invazivno. DBS je zapravo prilično sigurna procedura, ali je i dalje operacija mozga, a njen uočeni rizik će dovesti do veoma niske granice broja ljudi koji su voljni da to prihvate i mogu imati koristi od toga. Evo gde dolaze ovakve tehnologije. 30-minutni manji zahvat koji je malo više od operacije kože, urađen u ambulantnom hirurškom centru, mnogo je verovatnije tolerisan. nego DBS. Dakle, ako možemo pokazati da je efikasna kao i invazivnije alternative, ova terapija će verovatno imati mnogo veći uticaj na mentalno zdravlje.
Za neka stanja, na primer epilepsiju, uređaj će možda morati da bude uključen stalno ili većinu vremena, ali za poremećaje kao što su depresija i OKP, režim od samo nekoliko minuta stimulacije dnevno može biti dovoljan da dovede do željenih promena. u funkcionisanju ciljane neuronske mreže.
Što se tiče narednih koraka, Robinson je rekao da je sa strane istraživanja „zaista zainteresovan za ideju stvaranja mreža implantata i stvaranja implantata koji mogu da stimulišu i snimaju, tako da mogu da pruže adaptivne personalizovane terapije na osnovu vaših sopstvenih moždanih potpisa. “ Sa stanovišta terapijskog razvoja, Motif Neurotech je u procesu traženja odobrenja FDA za dugoročno kliničko ispitivanje na ljudima. Pacijenti i negovatelji mogu se prijaviti na veb stranici Motif Neurotech da saznaju kada i gde će ova ispitivanja početi.
