Οι μηχανικοί του Πανεπιστημίου Rice ανέπτυξαν τον μικρότερο εμφυτεύσιμο διεγέρτη εγκεφάλου που επιδείχθηκε σε άνθρωπο ασθενή. Χάρη στην πρωτοποριακή τεχνολογία μαγνητοηλεκτρικής μεταφοράς ισχύος, η συσκευή μεγέθους μπιζελιού που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο Rice του Jacob Robinson σε συνεργασία με την Motif Neurotech και τους κλινικούς γιατρούς Dr. Sameer Sheth και Dr. Sunil Sheth μπορεί να τροφοδοτηθεί ασύρματα μέσω ενός εξωτερικού πομπού και να χρησιμοποιηθεί για την τόνωση του εγκεφάλου μέσω της σκληράς μήνιγγας—της προστατευτικής μεμβράνης που είναι προσαρτημένη στο κάτω μέρος του κρανίου.
Η συσκευή, γνωστή ως Digitally Programmable Over-brain Therapeutic (DOT), θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στη θεραπεία για την ανθεκτική στα φάρμακα κατάθλιψη και άλλες ψυχιατρικές ή νευρολογικές διαταραχές παρέχοντας μια θεραπευτική εναλλακτική λύση που προσφέρει μεγαλύτερη αυτονομία και προσβασιμότητα στον ασθενή από τις τρέχουσες θεραπείες που βασίζονται στη νευροδιέγερση. λιγότερο επεμβατικές από άλλες διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI).
«Σε αυτό το έγγραφο δείχνουμε ότι η συσκευή μας, στο μέγεθος ενός μπιζελιού, μπορεί να ενεργοποιήσει τον φλοιό του κινητήρα, με αποτέλεσμα ο ασθενής να κινεί το χέρι του», δήλωσε ο Robinson, καθηγητής ηλεκτρολογίας και μηχανικής υπολογιστών και βιομηχανικής στο Rice. «Στο μέλλον, μπορούμε να τοποθετήσουμε το εμφύτευμα πάνω από άλλα μέρη του εγκεφάλου, όπως ο προμετωπιαίος φλοιός, όπου αναμένουμε να βελτιώσουμε την εκτελεστική λειτουργία σε άτομα με κατάθλιψη ή άλλες διαταραχές».
Οι υπάρχουσες εμφυτεύσιμες τεχνολογίες για τη διέγερση του εγκεφάλου τροφοδοτούνται από σχετικά μεγάλες μπαταρίες που πρέπει να τοποθετηθούν κάτω από το δέρμα σε άλλο σημείο του σώματος και να συνδεθούν με τη συσκευή διέγερσης μέσω μακριών καλωδίων. Τέτοιοι περιορισμοί σχεδιασμού απαιτούν περισσότερη χειρουργική επέμβαση και υποβάλλουν το άτομο σε μεγαλύτερο βάρος εμφύτευσης υλικού, κινδύνους θραύσης ή αστοχίας του καλωδίου και την ανάγκη για μελλοντικές χειρουργικές επεμβάσεις αντικατάστασης μπαταρίας.
«Εξαλείψαμε την ανάγκη για μπαταρία τροφοδοτώντας ασύρματα τη συσκευή χρησιμοποιώντας έναν εξωτερικό πομπό», εξήγησε ο Joshua Woods, μεταπτυχιακός φοιτητής ηλεκτρολόγων μηχανικών στο εργαστήριο Robinson και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Science Advances. Η Amanda Singer, πρώην μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο πρόγραμμα εφαρμοσμένης φυσικής του Rice, η οποία είναι τώρα στο Motif Neurotech, είναι επίσης επικεφαλής συγγραφέας.
Η τεχνολογία βασίζεται σε ένα υλικό που μετατρέπει τα μαγνητικά πεδία σε ηλεκτρικούς παλμούς. Αυτή η διαδικασία μετατροπής είναι πολύ αποτελεσματική σε μικρές κλίμακες και έχει καλή ανοχή κακής ευθυγράμμισης, που σημαίνει ότι δεν απαιτεί πολύπλοκους ή λεπτούς ελιγμούς για την ενεργοποίηση και τον έλεγχο. Η συσκευή έχει πλάτος 9 χιλιοστών και μπορεί να δώσει 14,5 βολτ διέγερσης.
«Το εμφύτευμά μας παίρνει όλη την ενέργειά του μέσω αυτού του μαγνητοηλεκτρικού φαινομένου», δήλωσε ο Robinson, ο οποίος είναι ιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της Motif, μιας startup που εργάζεται για να φέρει τη συσκευή στην αγορά. “Η φυσική αυτής της μεταφοράς ενέργειας το καθιστά πολύ πιο αποτελεσματικό από οποιαδήποτε άλλη ασύρματη τεχνολογία μεταφοράς ενέργειας υπό αυτές τις συνθήκες.” Η Motif είναι μία από τις πολλές εταιρείες νευροτεχνολογίας που διερευνούν τη δυνατότητα των BCI να φέρουν επανάσταση στις θεραπείες για νευρολογικές διαταραχές.
«Η νευροδιέγερση είναι το κλειδί για τη διευκόλυνση των θεραπειών στον χώρο της ψυχικής υγείας όπου οι παρενέργειες των φαρμάκων και η έλλειψη αποτελεσματικότητας αφήνουν πολλούς ανθρώπους χωρίς επαρκείς επιλογές θεραπείας», είπε ο Robinson. Οι ερευνητές δοκίμασαν τη συσκευή προσωρινά σε έναν άνθρωπο ασθενή, χρησιμοποιώντας τη για να διεγείρουν τον κινητικό φλοιό – το τμήμα του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνο για την κίνηση – και δημιουργώντας μια απόκριση κίνησης του χεριού.
Στη συνέχεια έδειξαν ότι η συσκευή διασυνδέεται με τον εγκέφαλο σταθερά για διάρκεια 30 ημερών σε χοίρους. “Αυτό δεν είχε γίνει στο παρελθόν επειδή η ποιότητα και η ισχύς του σήματος που απαιτούνταν για την διέγερση του εγκεφάλου μέσω της μήνιγγας ήταν προηγουμένως αδύνατες με την ασύρματη μεταφορά ενέργειας για τόσο μικρά εμφυτεύματα”, είπε ο Woods. Ο Robinson οραματίζεται την τεχνολογία να χρησιμοποιείται από την άνεση του σπιτιού. Ένας γιατρός θα συνταγογραφούσε τη θεραπεία και θα παρείχε οδηγίες για τη χρήση της συσκευής, αλλά οι ασθενείς θα διατηρούσαν τον πλήρη έλεγχο του τρόπου χορήγησης της θεραπείας.