Невеликий черепний імплантат зробив лабораторію Райса лідером у дослідженні нейротехнологій. Інженери Університету Райса розробили найменший імплантований стимулятор мозку, продемонстрований на пацієнті. Завдяки новітній технології магнітоелектричної передачі енергії пристрій розміром з горошину, розроблений у лабораторії Райса Джейкоба Робінсона у співпраці з Motif Neurotech і клініцистами доктором Саміром Шетом і доктором Сунілом Шетом, можна живити без проводів через зовнішній передавач і використовувати для стимуляції мозку через тверду мозкову оболонку — захисну оболонку, прикріплену до дна черепа.
Пристрій, відомий як Digitally programmable Over-brain Therapeutic (DOT), може революціонізувати лікування резистентної до ліків депресії та інших психіатричних або неврологічних розладів, забезпечуючи терапевтичну альтернативу, яка забезпечує більшу автономію та доступність пацієнта, ніж поточні терапії на основі нейростимуляції. менш інвазивний, ніж інші інтерфейси мозок-комп’ютер (BCI).
Технологічні досягнення та результати досліджень
«У цій статті ми показуємо, що наш пристрій розміром з горошину може активувати моторну кору, що призводить до того, що пацієнт рухає рукою», — сказав Робінсон, професор електротехніки, комп’ютерної інженерії та біоінженерії в Rice. «У майбутньому ми зможемо розмістити імплантат над іншими частинами мозку, такими як префронтальна кора головного мозку, де, як ми очікуємо, покращить виконавчу функцію людей з депресією або іншими розладами».
Існуючі імплантовані технології для стимуляції мозку живляться від відносно великих батарей, які потрібно розмістити під шкірою в іншому місці тіла та підключити до стимулюючого пристрою через довгі дроти. Такі обмеження конструкції вимагають більшої кількості хірургічних втручань і піддають людину більшому тягарю імплантації апаратного забезпечення, ризику обриву або виходу з ладу дроту та необхідності майбутніх операцій із заміни батареї.
«Ми усунули потребу в акумуляторі завдяки бездротовому живленню пристрою за допомогою зовнішнього передавача», — пояснив Джошуа Вудс, аспірант з електротехніки в лабораторії Робінсона та провідний автор дослідження, опублікованого в Science Advances . Аманда Сінгер, колишня аспірантка програми прикладної фізики Райса, яка зараз працює в Motif Neurotech, також є провідним автором.
Технологія заснована на матеріалі, який перетворює магнітні поля в електричні імпульси. Цей процес перетворення дуже ефективний у невеликих масштабах і має гарну стійкість до зсуву, тобто не потребує складних чи хвилинних маневрувань для активації та керування. Пристрій має ширину 9 міліметрів і може видавати 14,5 вольта стимуляції.
«Наш імплантат отримує всю свою енергію завдяки цьому магнітоелектричному ефекту», — сказав Робінсон, який є засновником і генеральним директором Motif, стартапу, створеного через Rice Biotech Launch Pad, який працює над виведенням пристрою на ринок».
Motif є однією з кількох нейротехнологічних компаній, які досліджують потенціал BCI для революції в лікуванні неврологічних розладів.
«Нейростимуляція є ключем до терапії у сфері психічного здоров’я, де побічні ефекти ліків і недостатня ефективність залишають багатьох людей без відповідних варіантів лікування», — сказав Робінсон.
Клінічні випробування та майбутні напрямки
Дослідники тимчасово випробували пристрій на людині, використовуючи його для стимуляції моторної кори – частини мозку, що відповідає за рух – і генерації реакції на рух руки. Далі вони показали, що пристрій стабільно взаємодіє з мозком у свиней протягом 30 днів.
«Цього не робили раніше, тому що якість і сила сигналу, необхідного для стимуляції мозку через тверду мозкову оболонку, раніше були неможливі з бездротовою передачею енергії для таких малих імплантатів», — сказав Вудс.
Робінсон передбачає використання технології, не виходячи з дому. Лікар призначатиме лікування та надаватиме вказівки щодо використання пристрою, але пацієнти збережуть повний контроль над тим, як проводиться лікування.
«Повертаючись додому, пацієнт надягав капелюх або носіння, щоб живити і спілкуватися з імплантатом, натискав «старт» на своєму iPhone або розумному годиннику, а потім електрична стимуляція від цього імплантату активувала нейронну мережу всередині мозку», — сказав Робінзон.
Для імплантації знадобиться мінімально інвазивна 30-хвилинна процедура, яка помістить пристрій у кістку над мозком. І імплантат, і розріз будуть практично непомітними, і пацієнт повернеться додому того ж дня.
«Коли ви думаєте про кардіостимулятор, це дуже звичайна частина лікування серця», — сказав Шет, професор і голова наукового відділу, науковий співробітник McNair Scholar і кафедра нейрохірургії Фонду Каллена в Медичному коледжі Бейлора. «При неврологічних і психічних розладах еквівалентом є глибока стимуляція мозку (DBS), яка звучить страшно та інвазивно. DBS насправді є досить безпечною процедурою, але це все одно операція на мозку, і її передбачуваний ризик обмежить кількість людей, які готові її прийняти та можуть отримати від неї користь. Ось де на допомогу приходять подібні технології. 30-хвилинна невелика процедура, яка є трохи більшою за хірургічне втручання на шкірі, виконана в амбулаторному хірургічному центрі, швидше за все, переноситься, ніж DBS. Отже, якщо ми зможемо показати, що вона така ж ефективна, як і більш інвазивні альтернативи, ця терапія, швидше за все, матиме набагато більший вплив на психічне здоров’я».
Для деяких станів, наприклад, епілепсії, пристрій може бути увімкненим постійно або більшу частину часу, але для таких розладів, як депресія та ОКР, може бути достатньо лише кількох хвилин стимуляції на день, щоб досягти бажаних змін. у функціонуванні цільової нейронної мережі.
Що стосується наступних кроків, Робінсон сказав, що з точки зору дослідження він «справді зацікавлений в ідеї створення мереж імплантатів і імплантатів, які можуть стимулювати та записувати, щоб вони могли забезпечувати адаптивну персоналізовану терапію на основі вашого власного мозку. підписи». З точки зору терапевтичного розвитку, Motif Neurotech знаходиться в процесі пошуку схвалення FDA для довгострокових клінічних випробувань на людях. Пацієнти та опікуни можуть зареєструватися на веб-сайті Motif Neurotech, щоб дізнатися, коли та де розпочнуться ці випробування.