Specialiştii americani au dezvoltat primul stimulator cerebral miniatural care s-a dovedit funcţional la un pacient uman.
O echipă de la universitatea americană Rice a dezvoltat cel mai mic stimulator cerebral implantabil care a demonstrat că funcţionează la un pacient uman.
Datorită tehnologiei de pionierat de transfer de energie magnetoelectrică, dispozitivul, de mărimea unui bob de mazăre, poate fi alimentat fără fir prin intermediul unui transmiţător extern şi poate fi folosit pentru a stimula creierul prin duramater - membrana protectoare aflată la partea inferioară a craniului.
Dispozitivul, botezat DOT (Digitally programmable Over-brain Therapeutic), ar putea revoluţiona tratamentul depresiei rezistente la medicamente şi al altor tulburări psihiatrice sau neurologice, oferind o alternativă terapeutică care oferă o autonomie şi o accesibilitate mai mare pentru pacienţi decât terapiile actuale bazate pe neurostimulare şi este mai puţin invazivă decât alte interfeţe creier-computer (BCI).
„În această lucrare arătăm că dispozitivul nostru, de mărimea unui bob de mazăre, poate activa cortexul motor, ceea ce are ca rezultat faptul că pacientul îşi mişcă mâna", a declarat într-un comunicat al universităţii Jacob Robinson, profesor de bioinginerie şi inginerie electrică şi informatică la Rice.
„În viitor, putem plasa implantul deasupra altor părţi ale creierului, cum ar fi cortexul prefrontal, unde ne aşteptăm să îmbunătăţim funcţionarea executivă la persoanele cu depresie sau alte tulburări", a precizat cercetătorul.
Tehnologiile implantabile existente pentru stimularea creierului sunt alimentate de baterii relativ mari, care trebuie plasate sub piele în altă parte a corpului şi conectate prin fire lungi la dispozitivul de stimulare prin fire.
Astfel de limitări de proiectare necesită mai multe intervenţii chirurgicale şi supun individul la o povară mai mare de implantare a hardware-ului, la riscuri de rupere sau defecţiune a firelor şi la necesitatea unor viitoare intervenţii chirurgicale de înlocuire a bateriilor.
„Am eliminat necesitatea unei baterii prin alimentarea fără fir a dispozitivului cu ajutorul unui transmiţător extern", a explicat Joshua Woods, student absolvent de inginerie electrică în laboratorul Robinson şi autor principal al studiului publicat zilele trecute în Science Advances.
Tehnologia se bazează pe un material care converteşte câmpurile magnetice în impulsuri electrice. Acest proces de conversie este foarte eficient la scară mică şi are o bună toleranţă la dezaliniere, ceea ce înseamnă că nu necesită manevre complexe sau minuscule pentru a fi activat şi controlat. Dispozitivul are o lăţime de 9 milimetri şi poate furniza 14,5 volţi de stimulare.
„Implantul nostru îşi obţine toată energia prin acest efect magnetoelectric", a precizat Robinson, care este fondator şi director executiv al Motif Neurotech, un startup care lucrează pentru a aduce dispozitivul pe piaţă.
„Fizica acestui transfer de energie face ca acest lucru să fie mult mai eficient decât orice altă tehnologie de transfer de energie fără fir în aceste condiţii", explică cercetătorul.
Motif este una dintre companiile de neurotehnologie care testează potenţialul dispozitivelor interfaţă creier-computer (BCI) de a revoluţiona tratamentele pentru tulburările neurologice.
„Neurostimularea este esenţială pentru a permite terapii în domeniul sănătăţii mintale, unde efectele secundare ale medicamentelor şi lipsa de eficacitate îi lasă pe mulţi oameni fără opţiuni de tratament adecvate", a precizat Robinson.
Cercetătorii au testat temporar dispozitivul pe un pacient uman, folosindu-l pentru a stimula cortexul motor - partea creierului responsabilă de mişcare - generând un răspuns de mişcare a mâinii. Apoi au arătat, la porci, că dispozitivul se conectează cu creierul în mod stabil pe o durată de 30 de zile.
„Acest lucru nu a mai fost realizat până acum, deoarece calitatea şi puterea semnalului necesare pentru a stimula creierul prin dura (mater) erau până acum imposibile cu transferul de energie fără fir pentru implanturi atât de mici", a explicat Woods.
Echipa de cercetători preconizează că această tehnologie va fi folosită din confortul propriei case. Un medic ar urma să prescrie tratamentul şi să ofere îndrumări pentru utilizarea dispozitivului, dar pacienţii ar păstra controlul complet asupra modului în care este administrat tratamentul.
„Acasă, pacientul şi-ar pune pălăria sau dispozitivul portabil pentru a alimenta şi comunica cu implantul, ar apăsa 'go' pe aplicaţia iPhone sau de pe ceasul inteligent şi apoi stimularea electrică de la acel implant ar activa o reţea neuronală din interiorul creierului", a explicat Robinson.
Implantarea ar necesita o procedură minim invazivă de 30 de minute care ar plasa dispozitivul în osul de deasupra creierului. Atât implantul, cât şi incizia ar fi practic invizibile, iar pacientul ar pleca acasă în aceeaşi zi.
„Dacă ne gândim la un stimulator cardiac, acesta este o parte foarte obişnuită a îngrijirii cardiace", au declarat dr. Sameer Sheth and dr. Sunil Sheth, de la Colegiul de medicină Baylor.
În tulburările neurologice şi psihiatrice, echivalentul este stimularea cerebrală profundă (DBS), o procedură destul de sigură, dar care implică o operaţie pe creier, iar riscul său perceput va plasa un plafon foarte mic asupra numărului de persoane care sunt dispuse să o accepte şi care pot beneficia de ea.
În acest caz intervin tehnologii ca aceasta, spun autorii.
„O procedură minoră de 30 de minute, care este puţin mai mult decât o operaţie pe piele, efectuată într-un centru de chirurgie ambulatorie, este mult mai probabil să fie tolerată decât DBS. Deci, dacă putem demonstra că este la fel de eficientă ca alternativele mai invazive, această terapie va avea probabil un impact mult mai mare asupra sănătăţii mintale", scriu ei.
Pentru unele afecţiuni, de exemplu epilepsia, este posibil ca dispozitivul să fie necesar să fie pornit permanent sau în cea mai mare parte a timpului, dar pentru tulburări precum depresia şi tulburarea obsesiv-compulsivă (TOC), un regim de doar câteva minute de stimulare pe zi ar putea fi suficient pentru a produce schimbările dorite în funcţionarea reţelei neuronale vizate, potrivit autorilor implantului.
În viitor cercetătorii s-au declarat foarte interesaţi de ideea de a crea reţele de implanturi şi respectiv „implanturi care pot stimula şi înregistra, astfel încât să poată oferi terapii personalizate adaptative bazate pe propriile semnături cerebrale".
Din punct de vedere al dezvoltării terapeutice, Motif Neurotech este în curs de a solicita aprobarea autorităţii americane de reglementare în domeniul sănătăţii, FDA, pentru un studiu clinic pe termen lung la om.
[ot-video][/ot-video]
Foto Video: Specialiştii de la Universitatea Rice au dezvoltat primul stimulator cerebral miniatural care s-a dovedit funcţional la un pacient uman. Credit: Jeff Fitlow, Universitatea Rice, 12 aprilie 2024
