Een innovatief hersenimplantaat zou de behandeling van Parkinson kunnen verbeteren
Een nieuw, slim implantaat dat naar hersensignalen 'luistert', zou kunnen helpen bij de behandeling van epilepsie en andere neurologische aandoeningen, zoals de ziekte van Parkinson.
Artsen gebruiken neurostimulatie om verschillende aandoeningen te behandelen, waaronder epilepsie, de gevolgen van een beroerte en zelfs depressie. Bij deze behandeling worden speciale apparaten gebruikt die elektrische impulsen sturen om de activiteit van de hersenen en het centrale zenuwstelsel te regelen.
Artsen gebruiken deze techniek soms ook om de symptomen van de ziekte van Parkinson te verbeteren, een neurologische aandoening die het fysieke evenwicht en het vermogen om de ledematen te bewegen of te coördineren beïnvloedt.
De neurostimulator-apparaten die momenteel beschikbaar zijn voor de behandeling van neurologische aandoeningen, zijn echter niet in staat de hersenactiviteit te stimuleren en tegelijkertijd vast te leggen.
Nu hebben specialisten van de University of California (UC), Berkeley een nieuwe, geavanceerde neurostimulator ontwikkeld die dit lijkt te kunnen bereiken. Het kan mogelijk de behandeling van epilepsie, Parkinson en andere aandoeningen verbeteren.
Het onderzoeksteam heeft dit apparaat 'WAND' genoemd, wat staat voor 'wireless artefact-free neuromodulation device'. WAND heeft twee kleine externe controllers, die elk 64 elektroden monitoren die in de hersenen zitten.
Dit apparaat kan elektrische activiteit in de hersenen volgen en leren om abnormale signalen te identificeren die wijzen op de aanwezigheid van een aanval of tremoren. WAND kan dan helpen bij het moduleren van elektrische signalen in de hersenen om dergelijke gebeurtenissen en symptomen te voorkomen.
In tegenstelling tot vergelijkbare bestaande apparaten, die alleen elektrische activiteit van maximaal acht punten in de hersenen kunnen registreren, kan WAND activiteit van 128 verschillende kanalen volgen.
Een nieuw apparaat is kosten- en tijdbesparend
In hun studiepaper, waarin het tijdschrift Nature Biomedical Engineering heeft gepubliceerd, merken de onderzoekers op dat WAND in de toekomst mogelijk zou kunnen bijdragen aan het verbeteren van het leven van mensen met epileptische aanvallen of met verschillende neurologische aandoeningen.
"Het vinden van de juiste therapie voor een patiënt is buitengewoon kostbaar en kan jaren duren", legt universitair docent Rikky Muller, een van de onderzoekers, uit.
“Aanzienlijke vermindering van zowel kosten als duur kan mogelijk leiden tot sterk verbeterde resultaten en toegankelijkheid. We willen het apparaat in staat stellen om erachter te komen wat de beste manier is om voor een bepaalde patiënt te stimuleren om de beste resultaten te geven. En dat kun je alleen doen door de neurale handtekeningen te beluisteren en op te nemen. "
Rikky Muller
Muller en team hebben WAND getest in een diermodel, met resusapen om te laten zien hoe het apparaat hersensignalen kan leren herkennen voor specifieke armbewegingen en hoe het vervolgens op diezelfde signalen kan reageren.
In hun recente experimenten leerden de onderzoekers makaken met WAND-implantaten om een joystick te gebruiken om cursors op het scherm naar aangewezen locaties te sturen.
Na een tijdje leerden de geïmplanteerde apparaten de neurale signalen te detecteren die overeenkwamen met de handbewegingen van de makaken. Nadat ze deze patronen hadden geïdentificeerd, waren ze in staat elektrische signalen uit te zenden die de handbewegingen vertraagden.
"Hoewel het uitstellen van de reactietijd iets is dat al eerder is aangetoond, is dit, voor zover wij weten, de eerste keer dat het is aangetoond in een gesloten-lussysteem dat alleen is gebaseerd op een neurologische registratie", zegt Muller.
"In de toekomst willen we leren integreren in ons closed-loop-platform om intelligente apparaten te bouwen die kunnen uitzoeken hoe je het beste kunt behandelen en waarmee de dokter niet meer constant in dit proces hoeft in te grijpen", voegt ze eraan toe.
WAND dubbele activiteit kan de behandeling stimuleren
De onderzoekers leggen uit dat de momenteel beschikbare neurostimulator-apparaten niet in staat zijn om kenmerkende elektrische signalen in de hersenen te detecteren en tegelijkertijd dergelijke signalen te moduleren.
Dit, zo merken ze op, komt doordat de elektrische pulsen die de neurostimulator afgeeft de oorspronkelijke hersensignalen "verduisteren", waardoor ze vrijwel niet detecteerbaar zijn.
“Om op stimulatie gebaseerde therapieën met gesloten lus te kunnen leveren, wat een groot doel is voor mensen die Parkinson en epilepsie en een verscheidenheid aan neurologische aandoeningen behandelen, is het erg belangrijk om zowel neurale opnames als stimulatie tegelijkertijd uit te voeren, wat momenteel geen enkel commercieel apparaat is. doet ', zegt co-auteur Samantha Santacruz, voorheen onderzoeker aan UC Berkeley en nu assistent-professor aan de Universiteit van Texas in Austin.
In tegenstelling tot andere neurostimulatoren hebben WAND-apparaten een uniek ontwerp met op maat gemaakte geïntegreerde schakelingen die in staat zijn om de subtiele elektrische signalen op te nemen die de hersenen uitzenden en tegelijkertijd sterkere impulsen uitzenden om defecte signalen te "corrigeren".
Dankzij WAND, "[b] omdat we daadwerkelijk kunnen stimuleren en registreren in hetzelfde hersengebied, weten we precies wat er gebeurt als we een therapie geven", merkt Muller op.
