Ingenieurs hebben een draadloze 'hersenpacemaker' ontworpen die tremoren of aanvallen kan detecteren en voorkomen bij patiënten die lijden aan neurologische aandoeningen
Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WIE) neurologische aandoeningen treft wereldwijd meer dan een miljard mensen en veroorzaakt jaarlijks meer dan 6 miljoen doden. Deze aandoeningen omvatten epilepsie, Ziekte van Alzheimer, herseninfarct of verwondingen en Parkinson. De impact van deze ziekten is aanwezig in zowel ontwikkelde als ontwikkelingslanden en vaak is behandeling niet beschikbaar vanwege een gebrek aan een goed gezondheidssysteem, opgeleid personeel of andere factoren. De wereldbevolking vergrijst en volgens de WHO zal in de komende 30-40 jaar meer dan de helft van de bevolking ouder zijn dan 65 jaar. Het is absoluut noodzakelijk om te begrijpen dat neurologische aandoeningen in de nabije toekomst een enorme gezondheidslast gaan vormen
Een 'pacemaker' voor de hersenen
Ingenieurs van de University of California Berkeley USA hebben een nieuwe neurostimulator ontworpen die tegelijkertijd kan luisteren ('opnemen') en ook elektrische stroom in de hersenen kan stimuleren ('leveren'). Een dergelijk apparaat kan een geperfectioneerde gepersonaliseerde behandeling bieden voor patiënten die lijden aan neurologische aandoeningen, met name de ziekte van Parkinson en epilepsie. Het apparaat is bedacht WAND (draadloze artefactvrij neuromodulatie-apparaat), en het kan ook worden genoemd als een 'hersenpacemaker' vergelijkbaar met de pacemaker - een klein, op batterijen werkend apparaat dat kan voelen wanneer het hart onregelmatig klopt en vervolgens een signaal aan het hart afgeeft om het gewenste juiste tempo te bereiken. Evenzo is de hersenpacemaker in staat om draadloos en autonoom de elektrische activiteit van de hersenen te volgen en als hij eenmaal heeft geleerd tekenen of kenmerken van een tremor of beslaglegging in de hersenen kan het apparaat de stimulatieparameters zelf aanpassen door de 'juiste' elektrische stimulatie af te geven als er iets niet in orde is. Het is een gesloten lussysteem dat zowel kan opnemen als stimuleren en in staat is om de verschillende parameters in realtime aan te passen. WAND kan elektrische activiteit in de hersenen registreren via meer dan 125 kanalen in een gesloten systeem. Voor een praktische demonstratie toonden onderzoekers aan dat WAND in staat was om zeer specifieke armbewegingen bij primaten (rhesus makaken) te herkennen en passende maatregelen te nemen om succesvol te vertragen.
Uitdagingen met eerdere apparaten
Een van de grootste uitdagingen bij het vinden van de juiste therapie voor een patiënt met een neurologische aandoening is de lange duur van het vinden van een procedure en vervolgens de hoge kosten. Een dergelijk apparaat zou zeer effectief tremoren of epileptische aanvallen bij patiënten kunnen voorkomen. De elektrische handtekeningen die voorafgaan aan de eigenlijke aanval of een tremor zijn echter uiterst subtiel. Ook de frequentie en sterkte van de gewenste elektrische stimulatie die deze tremoren of toevallen kan voorkomen, is ook erg gevoelig. Dat is de reden waarom kleine aanpassingen voor bepaalde patiënten meestal jaren duren voordat een dergelijk apparaat in staat is om een optimale behandeling te bieden. Als deze uitdagingen adequaat worden aangepakt, kan er een duidelijke toename van resultaten en toegankelijkheid zijn.
In een nieuwe studie gepubliceerd in Natuur Biomedische Technologie, wilden onderzoekers dat het apparaat het best mogelijke resultaat voor een patiënt zou geven door een optimale stimulatie te bieden. Dit kan alleen worden bereikt door zowel te luisteren als de patronen of neurale handtekeningen op te nemen. Maar het opnemen en stimuleren van elektrische signalen is een hele uitdaging, omdat grote pulsaties die door stimulatie worden afgegeven, de elektrische signalen in de hersenen kunnen overweldigen. Het probleem met de huidige diepe hersenstimulatoren is dat ze niet in staat zijn om hetzelfde gebied van de hersenen te 'registreren' en tegelijkertijd te 'leveren'. Dit aspect is het meest cruciaal voor elke gesloten-lustherapie en een dergelijk apparaat is momenteel niet commercieel of anderszins verkrijgbaar.
Dit is waar de uitzonderlijkheid van WAND in beeld komt. Onderzoekers ontwierpen op maat gemaakte WAND-circuits die complete signalen kunnen 'opnemen' van zowel de subtiele hersengolven als van sterkere elektrische pulsaties. Het aftrekken van signaal van elektrische pulsaties resulteert in een duidelijker signaal van de hersengolven, wat geen van de bestaande apparaten kan. Dus gelijktijdige stimulatie en opname in hetzelfde gebied van de hersenen brengt ons de exacte gebeurtenissen die kunnen worden gebruikt om een ideale therapie te ontwerpen. WAND maakt herprogrammering mogelijk voor gebruik in verschillende toepassingen. In een live-experiment op apen was het WAND-apparaat bedreven in het detecteren van neurale handtekeningen en was vervolgens in staat om de gewenste elektrische stimulatie te leveren. Voor het eerst is aangetoond dat een gesloten-lussysteem deze twee taken samen uitvoert.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
Zhou A et al 2018. Een draadloos en artefactvrij 128-kanaals neuromodulatieapparaat voor closed-loop stimulatie en opname bij niet-menselijke primaten. Natuur Biomedische Technologie.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
