Engineers have designed a wireless ‘brain ペースメーカー’ which can detect and prevent tremors or seizures in patients suffering from neurological disorders
世界保健機関によると（誰) neurological disorders affect more than one billion people worldwide and it causes more than 6 million deaths annually. These disorders include epilepsy, 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」
Engineers from University of California Berkeley USA have designed a novel neurostimulator which can simultaneously listen (‘record’) and also stimulate (‘deliver’) electric current inside the brain. Such a device can provide a perfected personalized treatment for patients suffering from neurological disorders particularly Parkinson’s disease and epilepsy. The device is coined WAND (wireless artifact-free neuromodulation device), and it could be also called as a ‘脳ペースメーカー’ similar to the heart ペースメーカー – a tiny, battery-operated device which is able to sense when the heart is beating irregularly and then delivers a signal to the heart to achieve the desired correct pace. Similarly, the brain ペースメーカー is able to wirelessly and autonomously monitor the brain’s electrical activity and once it has learned to identify signs or features of a tremor or 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
