Innovatives Gehirnimplantat könnte die Parkinson-Behandlung verbessern
Ein neues, intelligentes Implantat, das auf Gehirnsignale „hört“, könnte bei der Behandlung von Epilepsie und anderen neurologischen Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit helfen.
Ärzte verwenden Neurostimulation, um verschiedene Erkrankungen zu behandeln, einschließlich Epilepsie, Auswirkungen von Schlaganfällen und sogar Depressionen. Diese Behandlung beinhaltet die Verwendung spezieller Geräte, die elektrische Impulse senden, um die Aktivität des Gehirns und des Zentralnervensystems zu steuern.
Ärzte verwenden diese Technik manchmal auch, um die Symptome der Parkinson-Krankheit zu verbessern, einer neurologischen Erkrankung, die das körperliche Gleichgewicht und die Fähigkeit, die Bewegung der Gliedmaßen zu bewegen oder zu koordinieren, beeinträchtigt.
Die Neurostimulatorvorrichtungen, die derzeit zur Behandlung neurologischer Erkrankungen verfügbar sind, können jedoch nicht die Gehirnaktivität stimulieren und gleichzeitig aufzeichnen.
Jetzt haben Spezialisten der University of California (UC) in Berkeley einen neuen, hoch entwickelten Neurostimulator entwickelt, der dies zu erreichen scheint. Es könnte das Potenzial haben, die Behandlung von Epilepsie, Parkinson und anderen Erkrankungen zu verbessern.
Das Forschungsteam hat dieses Gerät "WAND" genannt, was für "drahtloses artefaktfreies Neuromodulationsgerät" steht. WAND verfügt über zwei winzige externe Controller, von denen jeder 64 Elektroden überwacht, die im Gehirn sitzen.
Dieses Gerät kann die elektrische Aktivität im Gehirn überwachen und lernen, abnormale Signale zu identifizieren, die auf das Vorhandensein eines Anfalls oder Zitterns hinweisen. WAND kann dann helfen, elektrische Signale im Gehirn zu modulieren, um solche Ereignisse und Symptome zu verhindern.
Im Gegensatz zu ähnlichen vorhandenen Geräten, die nur elektrische Aktivität von bis zu acht Punkten im Gehirn aufzeichnen können, kann WAND die Aktivität von 128 verschiedenen Kanälen verfolgen.
Neues Gerät ist kostengünstig und zeiteffizient
In ihrer Studienarbeit, die die Zeitschrift Naturbiomedizintechnik Die Forscher stellen fest, dass WAND in Zukunft möglicherweise dazu beitragen könnte, das Leben von Menschen zu verbessern, die Anfälle haben oder mit verschiedenen neurologischen Erkrankungen leben.
„Der Prozess, die richtige Therapie für einen Patienten zu finden, ist äußerst kostspielig und kann Jahre dauern“, erklärt Assistenzprofessor Rikky Muller, einer der Forscher.
„Eine signifikante Reduzierung von Kosten und Dauer kann möglicherweise zu erheblich verbesserten Ergebnissen und Zugänglichkeit führen. Wir möchten dem Gerät ermöglichen, herauszufinden, wie ein bestimmter Patient am besten stimuliert werden kann, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Und das können Sie nur, indem Sie die neuronalen Signaturen anhören und aufzeichnen. “
Rikky Muller
Müller und sein Team haben WAND in einem Tiermodell getestet und dabei Rhesusaffen verwendet, um zu zeigen, wie das Gerät lernen kann, Gehirnsignale für bestimmte Armbewegungen zu erkennen und wie es dann auf dieselben Signale einwirken kann.
In ihren jüngsten Experimenten lehrten die Forscher Makaken mit WAND-Implantaten, mit einem Joystick Bildschirmcursor an bestimmte Orte zu senden.
Nach einer Weile lernten die implantierten Geräte, die neuronalen Signale zu erkennen, die den Handbewegungen der Makaken entsprachen. Nachdem sie diese Muster identifiziert hatten, konnten sie elektrische Signale senden, die die Handbewegungen verzögerten.
„Obwohl die Verzögerung der Reaktionszeit bereits nachgewiesen wurde, ist dies unseres Wissens das erste Mal, dass sie in einem geschlossenen System demonstriert wurde, das nur auf einer neurologischen Aufzeichnung basiert“, sagt Müller.
„In Zukunft möchten wir das Lernen in unsere Closed-Loop-Plattform integrieren, um intelligente Geräte zu entwickeln, mit denen Sie herausfinden können, wie Sie am besten behandelt werden können, und den Arzt davon abhalten müssen, ständig in diesen Prozess einzugreifen“, fügt sie hinzu.
WAND-Doppelaktivität kann die Behandlung fördern
Die Forscher erklären, dass die derzeit verfügbaren Neurostimulatorgeräte nicht in der Lage sind, elektrische Signatursignale im Gehirn zu erfassen und gleichzeitig solche Signale zu modulieren.
Dies liegt daran, dass die elektrischen Impulse, die der Neurostimulator aussendet, die ursprünglichen Gehirnsignale „verdecken“ und sie somit praktisch nicht mehr nachweisbar machen.
„Um stimulierungsbasierte Therapien mit geschlossenem Regelkreis bereitzustellen, was ein großes Ziel für Menschen ist, die Parkinson und Epilepsie sowie eine Vielzahl von neurologischen Störungen behandeln, ist es sehr wichtig, gleichzeitig neuronale Aufzeichnungen und Stimulationen durchzuführen, was derzeit kein einziges kommerzielles Gerät ist tut dies “, sagt die Co-Autorin der Studie, Samantha Santacruz, zuvor Forscherin an der UC Berkeley und jetzt Assistenzprofessorin an der University of Texas in Austin.
Im Gegensatz zu anderen Neurostimulatoren verfügen WAND-Geräte über ein einzigartiges Design mit benutzerdefinierten integrierten Schaltkreisen, die die subtilen elektrischen Signale des Gehirns aufzeichnen und gleichzeitig stärkere Impulse zur „Korrektur“ fehlerhafter Signale senden können.
Dank WAND „wissen wir genau, was passiert, wenn wir eine Therapie anbieten, weil wir tatsächlich in derselben Gehirnregion stimulieren und aufzeichnen können“, bemerkt Müller.
