یک "پیس میکر مغزی" بی سیم که می تواند تشنج را تشخیص داده و از آن جلوگیری کند

Engineers have designed a wireless ‘brain راهنما’ which can detect and prevent tremors or seizures in patients suffering from neurological disorders

طبق گزارش سازمان بهداشت جهانی (WHO) اختلالات عصبی بیش از یک میلیارد نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می دهد و سالانه بیش از 6 میلیون مرگ را به دنبال دارد. این اختلالات شامل صرع، بیماری آلزایمر، سکته مغزی یا صدمات و فلج مرتعش. تأثیر این بیماری ها هم در کشورهای توسعه یافته و هم در کشورهای در حال توسعه وجود دارد و در بسیاری از مواقع به دلیل نبود سیستم بهداشتی مناسب، پرسنل آموزش دیده یا عوامل دیگر، امکان درمان وجود ندارد. جمعیت جهان در حال پیر شدن است و طبق گزارش سازمان جهانی بهداشت، در 30 تا 40 سال آینده بیش از نیمی از جمعیت بالای 65 سال خواهند بود. درک این نکته ضروری است که اختلالات عصبی در آینده نزدیک بار سلامتی بزرگی خواهند داشت

یک "پیس میکر" برای مغز

مهندسان دانشگاه کالیفرنیا برکلی ایالات متحده یک محرک عصبی جدید طراحی کرده اند که می تواند همزمان گوش کند ("ضبط") و همچنین جریان الکتریکی را در داخل مغز تحریک کند ("ارسال" کند. چنین دستگاهی می تواند یک درمان شخصی کامل برای بیماران مبتلا به اختلالات عصبی به ویژه بیماری پارکینسون و صرع ارائه دهد. این دستگاه WAND (دستگاه تعدیل کننده عصبی بدون مصنوعات بی سیم) ساخته شده است، و می توان آن را به عنوان یک نام دیگر نیز نامید.ضربان ساز مغز’ similar to the heart راهنما – 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 راهنما 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 تصرف در مغز، دستگاه می تواند پارامترهای تحریک را با ارائه تحریک الکتریکی "درست" زمانی که چیزی درست نیست، تنظیم کند. این یک سیستم حلقه بسته است که می تواند در کنار آن ضبط و همچنین تحریک کند و قادر به تنظیم پارامترهای مختلف در زمان واقعی است. WAND قادر است فعالیت الکتریکی مغز را در بیش از 125 کانال در یک سیستم حلقه بسته ثبت کند. برای یک نمایش عملی، محققان نشان دادند که WAND قادر به تشخیص و اقدامات مناسب برای به تاخیر انداختن موفقیت آمیز حرکات بازوی بسیار خاص در میمون‌های نخستی (رزوس ماکاک) است.

چالش با دستگاه های قبلی

یکی از چالش‌های اصلی در یافتن درمان مناسب برای بیمار مبتلا به یک بیماری عصبی، طولانی بودن مدت زمان پیدا کردن یک روش و سپس هزینه‌های زیاد است. چنین وسیله ای می تواند به طور موثری از لرزش یا تشنج در بیماران جلوگیری کند. با این حال، علائم الکتریکی که قبل از تشنج واقعی یا لرزش ظاهر می شوند بسیار ظریف هستند. همچنین فرکانس و قدرت تحریک الکتریکی مورد نظر که توانایی جلوگیری از این لرزش ها یا تشنج ها را دارد نیز بسیار حساس است. به همین دلیل است که تنظیمات کوچک برای بیماران خاص معمولاً سالها طول می کشد تا چنین دستگاهی بتواند درمان بهینه را ارائه دهد. اگر این چالش ها به اندازه کافی برآورده شوند، می تواند افزایش قطعی در نتایج و دسترسی وجود داشته باشد.

در یک مطالعه جدید منتشر شده در مهندسی پزشکی بیولوژیکی، محققان می خواستند این دستگاه با ارائه یک تحریک بهینه بهترین نتیجه ممکن را برای بیمار ارائه دهد. این تنها با گوش دادن و همچنین ضبط الگوها یا امضاهای عصبی قابل دستیابی است. اما، ضبط و تحریک سیگنال‌های الکتریکی بسیار چالش برانگیز است زیرا ضربان‌های بزرگی که توسط تحریک ارسال می‌شوند می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی در مغز را تحت تأثیر قرار دهند. مشکلی که در مورد محرک‌های عمقی مغز فعلی وجود دارد این است که آنها قادر به «ضبط» و در عین حال «تحریک» به همان ناحیه از مغز نیستند. این جنبه برای هر درمان حلقه بسته بسیار مهم است و چنین وسیله ای در حال حاضر تجاری یا غیره موجود نیست.

اینجاست که استثنایی WAND نمایان می شود. محققان مدارهای سفارشی WAND را طراحی کردند که می توانند سیگنال های کامل را از امواج ظریف مغز و همچنین از ضربان های الکتریکی قوی تر ضبط کنند. تفریق سیگنال از ضربان های الکتریکی منجر به سیگنال واضح تری از امواج مغزی می شود که هیچ یک از دستگاه های موجود قادر به انجام آن نیستند. بنابراین، تحریک و ثبت همزمان در همان ناحیه از مغز، اتفاقات دقیقی را به ما می‌رساند که می‌توان از آن برای طراحی یک درمان ایده‌آل استفاده کرد. WAND امکان برنامه ریزی مجدد را برای استفاده در برنامه های مختلف فراهم می کند. در یک آزمایش زنده روی میمون ها، دستگاه WAND در تشخیص امضاهای عصبی ماهر بود و سپس قادر به ارائه تحریک الکتریکی مورد نظر بود. برای اولین بار، یک سیستم حلقه بسته برای انجام این دو کار با هم نشان داده شده است.

***

{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}

منبع (ها)

Zhou A et al 2018. یک دستگاه تعدیل عصبی 128 کانالی بی سیم و بدون مصنوع برای تحریک و ضبط حلقه بسته در پستانداران غیر انسانی. مهندسی پزشکی بیولوژیکی.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x