エンジニアはワイヤレスの「頭脳」を設計した ペースメーカー神経障害に苦しむ患者の震えや発作を検出し、予防できる
世界保健機関によると（誰) 神経障害は世界中で 6 億人以上の人々に影響を及ぼし、年間 XNUMX 万人以上が死亡しています。これらの障害には、てんかん、 アルツハイマー病、脳卒中または怪我および パーキンソン病。 これらの病気の影響は先進国と発展途上国の両方に存在し、適切な医療制度、訓練を受けた人員、またはその他の要因がないために治療が利用できないことがよくあります。 世界の人口は高齢化しており、WHOによると、今後30〜40年で、人口の半分以上が65歳以上になるとのことです。 神経障害は近い将来、大きな健康上の負担になることを理解することが不可欠です
脳の「ペースメーカー」
米国カリフォルニア大学バークレー校の技術者らは、脳内の電流を聞く（「記録」）と同時に刺激（「伝達」）できる新しい神経刺激装置を設計した。このような装置は、神経障害、特にパーキンソン病やてんかんに苦しむ患者に完全に個別化された治療を提供することができる。このデバイスは WAND (ワイヤレスアーティファクトフリー神経調節デバイス) という造語で、「」とも呼ばれます。脳ペースメーカー「心臓に似ている」 ペースメーカー – 心臓が不規則に鼓動していることを感知し、望ましい正しいペースを達成するために心臓に信号を送信することができる小型の電池式デバイス。脳も同様に、 ペースメーカー 脳の電気活動を無線かつ自律的に監視することができ、一旦脳が震えや震えの兆候や特徴を識別することを学習すると、 発作 脳内では、デバイスは、何かが正常でないときに「正しい」電気刺激を提供することにより、刺激パラメータを自己調整できます。 これは閉ループシステムであり、一緒に録音および刺激することができ、リアルタイムでさまざまなパラメーターを調整することができます。 WANDは、閉ループシステムで125を超えるチャネルを介して脳内の電気的活動を記録することができます。 実践的なデモンストレーションとして、研究者は、WANDが霊長類のサル（アカゲザル）の非常に特殊な腕の動きをうまく遅らせるための適切な対策を認識し、実行できることを示しました。
以前のデバイスでの課題
神経学的状態のある患者に適切な治療法を見つける際の主な課題のXNUMXつは、最初に手技を見つけるのに長い時間がかかり、次に高額な費用がかかることです。 そのような装置はどれも、患者の震えや発作を非常に効果的に防ぐことができます。 ただし、実際の発作または震えの前に来る電気的特徴は非常に微妙です。 また、これらの震えや発作を防ぐ能力を持つ望ましい電気刺激の周波数と強さも非常に敏感です。 これが、特定の患者の小さな調整が、そのようなデバイスが最適な治療を提供できるようになるまでに通常何年もかかる理由です。 これらの課題が適切に満たされている場合、結果とアクセシビリティが確実に向上する可能性があります。
で公開された新しい研究では ネイチャーバイオメディカルエンジニアリング、研究者は、最適な刺激を提供することにより、デバイスが患者に可能な限り最高の結果をもたらすことを望んでいました。 これは、パターンや神経署名を聞くだけでなく記録することによってのみ達成可能です。 しかし、刺激によって提供される大きな脈動が脳内の電気信号を圧倒する可能性があるため、電気信号の記録と刺激は非常に困難です。 現在の脳深部刺激装置の問題は、脳の同じ領域に刺激を「記録」すると同時に「提供」することができないことです。 この側面は、閉ループ療法にとって最も重要であり、そのようなデバイスは現在、市販されているかどうかにかかわらず利用できません。
ここで、WANDの例外が浮き彫りになります。 研究者は、微妙な脳波とより強い電気的脈動の両方からの完全な信号を「記録」できるWANDカスタマイズ回路を設計しました。 電気的脈動からの信号の減算は、既存のデバイスのどれもできない脳波からのより明確な信号をもたらします。 したがって、脳の同じ領域での同時刺激と記録は、理想的な治療法を設計するために使用できる正確な出来事を私たちに伝えます。 WANDを使用すると、さまざまなアプリケーションで使用するための再プログラミングが可能になります。 サルでのライブ実験では、WANDデバイスは神経サインの検出に熟練しており、その後、目的の電気刺激を提供することができました。 初めて、これらXNUMXつのタスクを一緒に実行する閉ループシステムが実証されました。
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ソース
Zhou A et al2018。非ヒト霊長類における閉ループ刺激および記録のためのワイヤレスでアーティファクトのない128チャネル神経調節デバイス。 ネイチャーバイオメディカルエンジニアリング.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
