Содержание |
2023
Житель Новосибирска самостоятельно внедрил нейрочип в свой мозг для управления сновидениями
Житель Новосибирска Михаил Радуга самостоятельно внедрил нейрочип в свой мозг для управления сновидениями. Об этом эксперименте он написал в соцсетях. Подробнее здесь.
Создан мозговой имплантат, который тоньше человеческого волоса
В конце января 2023 года компания Precision Neuroscience представила мозговой имплантат Layer 7 Cortical Interface, который тоньше человеческого волоса. Новая технология помогает пациентам с параличом управлять цифровыми устройствами, используя только нейронные сигналы. Подробнее здесь.
2022
Впервые в мозг человека вживили имплант для лечения переедания
В конце августа 2022 года в ходе первого в своем роде экспериментального исследования ученые хирургическим путем имплантировали устройство в мозг двух людей, страдающих ожирением и расстройством переедания. Устройство было разработано для обнаружения и нарушения сигналов мозга, связанных с тягой к еде при переедании, а многообещающие результаты заложили основу для будущего, в котором имплантаты смогут контролировать различные виды импульсивного поведения.
В конце 2017 года было опубликовано исследование, которое показало, что определенная активность в области мозга под названием nucleus accumbens может быть связана с вредным импульсивным поведением, таким как переедание. Исследование продемонстрировало на мышах, как мозговой имплантат может в режиме реального времени определять активность, связанную с импульсами переедания, подавать импульсы электричества для блокировки этих сигналов и впоследствии останавливать животных от чрезмерного потребления пищи.
Новое исследование предлагает первые доказательства того, что данная идея может работать на людях. В журнале Nature Medicine исследователи описывают опыт первых двух пациентов, использующих подобное устройство для стимуляции мозга.
У двух пациентов, участвовавших в экспериментальном исследовании, был клинический диагноз расстройство переедания и тяжелая форма ожирения. После хирургической операции, в ходе которой было имплантировано устройство для стимуляции мозга с электродами, направленными на ядро аккумбенс, эти два пациента находились под наблюдением около шести месяцев.
В течение первого периода наблюдения исследователи сосредоточились на записи мозговой активности каждого пациента с целью выявления характерных признаков, которые можно было бы связать именно с поведением, связанным с перееданием. Для этого пациентов иногда приводили в лабораторные условия для проведения экспериментов, где им предлагали большие буфеты с высококалорийной пищей.
После этого начального периода наблюдения и записи исследователи включали имплантаты, каждый из которых был закодирован с собственным нейронным триггером переедания пациента. Устройство представляет собой замкнутую систему, то есть оно разработано таким образом, чтобы включать и выключать электрические импульсы независимо друг от друга, когда оно чувствует целевую активность мозга.
Пациенты находились под наблюдением еще шесть месяцев, и исследователи отмечают, что устройства работают хорошо, и никаких побочных эффектов не обнаружено. Оба пациента сообщили о значительном снижении частоты эпизодов переедания и уменьшении чувства потери контроля. В среднем каждый пациент также потерял около 5 кг в течение последующих шести месяцев, при этом диетическое вмешательство не требовалось.
 | Это было раннее технико-экономическое исследование, в котором мы в первую очередь оценивали безопасность, но, безусловно, убедительные клинические преимущества, о которых нам сообщили пациенты, действительно впечатляют и радуют. Поэтому еще слишком рано говорить о том, действительно ли такой метод стимуляции мозга помогает контролировать переедание, но эти первые данные свидетельствуют о безопасности устройства, - сказал старший автор исследования Кейси Халперн (Casey Halpern). |  |
В частности, исследователи отметили, что возникли трудности с поиском определенных паттернов мозговой активности, которые можно было бы связать только с потерей контроля над перееданием, а не с регулярным приемом пищи или тягой к еде. После нескольких месяцев наблюдений были выявлены определенные сигналы, но потребуется дополнительная работа, чтобы оптимизировать специфику сигналов мозга о переедании у людей.
Таким образом, несмотря на то, что данное исследование указывает на будущее, в котором мозговые имплантаты смогут регулировать импульсивное поведение, такое как чрезмерное употребление пищи, нам предстоит еще много работы, прежде чем мы поймем, как именно это сделать. Это конкретное исследование продолжается, и для дальнейшего совершенствования технологии планируется привлечь новых испытуемых.[1]
Парализованным людям имплантируют чипы для управления компьютером силой мысли
В июле 2022 года Synchron, стартап по разработке интерфейса мозг-компьютер, имплантировал свое первое устройство пациенту в США, опередив тем самым проект Neuralink Илона Маска. Подробнее здесь.
Мозговой имплантат позволил полностью парализованному пациенту общаться «силой мысли», формируя слова и фразы
В конце марта 2022 года группа немецких и швейцарских учёных вживила пациенту с боковым амиотрофическим склерозом два микрочипа с игольчатыми электродами, улавливающими нервные сигналы. Мозговой имплантат позволил пациенту полностью представлять, как его тело двигается, а сами имплантаты улавливают эту мозговую активность и передают её компьютеру в виде сигнала.
Пациенты с боковым амиотрофическим склерозом (БАС) по мере прогрессирования дегенерации двигательных нейронов могут утратить все мышечные способы коммуникации, и в конечном итоге пациенты могут остаться без каких-либо средств общения. Исследователи имплантировали два 64 микроэлектродных массива в дополнительную и основную моторную кору пациента. Пациент модулировал частоту нейронного излучения на основе слуховой обратной связи и использовал эту стратегию для выбора букв по одной за раз для формирования слов и фраз для передачи своих потребностей. Данный пример доказывает, что волевая коммуникация на основе мозга возможна даже в полностью заблокированном состоянии, отмечает группа ученых.
_(1).jpg)
Для восстановления коммуникации пациенту были имплантированы внутрикорковые микроэлектродные массивы в две моторные зоны коры головного мозга. Юридически ответственные члены семьи дали информированное письменное согласие на имплантацию в соответствии с процедурами, установленными регулирующими органами. Пациент, находящийся на домашнем лечении, использовал стратегию нейрофидбэка на основе аудиторной обратной связи для модуляции частоты нейронного возбуждения, данная операция необходима была для выбора букв и формирования слов и предложений с помощью специального программного обеспечения. До имплантации пациент не мог выразить свои потребности и желания с помощью неинвазивных методов, включая слежение за глазами, визуальную категоризацию движений глаз или другие методы на основе движений глаз. Пациент начал использовать интракортикальную систему для добровольного вербального общения через три месяца после имплантации. По мере прогрессирования болезни БАС, пациент потерял способность добровольно открывать глаза, а также остроту зрения, но пациент все еще использует стратегию нейрофидбэк, основанную на аудиальной обратной связи, с закрытыми глазами для выбора букв и формирования слов и предложений.
Исследователи выбрали для пациента каналы с дифференциальной модуляцией для высоких и низких целевых тонов, а также обновляли параметры технологии для последующих сессий. Используя данную итеративную процедуру каждый день, ученые проводили несколько блоков нейрофидбэка в течение определенного дня, чтобы напомнить пациенту правильную стратегию управления скоростью, каждый из которых обычно состоял из 10 высокочастотных целевых тонов и 10 низкочастотных целевых тонов, представленных в псевдослучайном порядке, а также для настройки и проверки классификатора. Как правило, если пациент мог сопоставить частоту обратной связи с целевой в 80% испытаний, исследователи продолжали работу с ПО системы.
Технология, используемая в этом интерфейсе довольно затратная, поэтому говорить о её повсеместном внедрении на март 2022 года не приходится. Кроме того, медицинские работники, ухаживающие за парализованным, должны обучиться настройке системы и проверке ответов пациента, чтобы пациент мог общаться с помощью мозгового имплантата с врачами или родственниками. По словам ученых, данная технология может декодировать речь непосредственно из мозга, когда пациент воображает, что говорит, а это в свою очередь поможет значительно упростить диалог с пациентом.[2]
Пациент с мозговым имплантом произнес речь
В конце марта 2022 года немецкие ученые из Тюбингенского университета смогли с помощью нейроимпланта дать возможность общаться полностью парализованному пациенту из Германии. У мужчины был диагноз боковой амиотрофический склероз, по информации издания Nature Communications.
Участником исследования стал 36-летний мужчина с боковым амиотрофическим склерозом (БАС). Пациент начал сотрудничать с исследователями в 2018 году, когда еще мог двигать глазами. Мужчина хотел получить имплант, чтобы поддерживать связь с женой и маленьким сыном. Ученые имплантировали два массива электродов в области мозга, контролирующие движения. Исследователи рассчитывали, что сигналы, полученные при попытках пошевелить руками, ногами, головой и глазами удастся использовать для общения, но первые месяцы пациент даже не мог с их помощью отвечать.
После обновления методики, ученые опробовали технологию нейрофидбэка, формы обучения, при которой можно измерить и установить электрическую активность мозга, а затем научиться контролировать ее, в реальном времени получая информацию. В случае с пациентом использовался звуковой сигнал, который становился выше, если электрическая активность вблизи импланта усиливалась, и ниже, если ослабевала. В первый же день пациент сумел управлять высотой сигнала, а к 12 дню научился доводить сигнал до той высоты, о которой просили исследователи.
| | Я сам не мог поверить, что такое возможно! На данном этапе технология также слишком сложна для пациентов и их семей, но очень важно сделать ее более удобной для пользователя и ускорить связь. Но пока для родных пациента и имеющиеся возможности, уже счастье, - сказал инженер-биомедик из Тюбингенского университета Уджвал Чадхари (Ujwal Chadhary). | |
В течение года пациент с помощью синтезатора речи составил десятки предложений, некоторые из предложений содержали инструкции:
- Мама массаж головы
- Все должны почаще наносить гель на мои глаза
- Я бы хотел послушать альбом Tool громко
- Суп-гуляш и гороховый суп
- Я люблю своего крутого сына
и даже попросил прохладного пива. Скорость набора, однако, до сих пор остается низкой, около символа в минуту.
Спустя три года после имплантации электродов ответы пациента стали значительно медленнее и часто их невозможно понять, добавляют ученые. Скорее всего, это связано с техническими проблемами, но заменять электроды слишком опасно, в больнице пациент может столкнуться с инфекциями, которые могут оказаться для пациента смертельны. На март 2022 года команда изучает неинвазивные методы, которые ранее хорошо себя показали на добровольцах без паралича.[3]
2021
Анонс имплантата для непрерывного мониторинга работы мозга
В конце мая 2021 года производитель медицинского оборудования WISE Srl выпустил одноразовое устройство WISE Cortical Strip (WCS), предназначенное для интраоперационного мониторинга работы мозга. Данные исследования WIN продемонстрировали безопасность, производительность и удобство использования устройства WISE, а также его преимущества по сравнению с другими традиционными кортикальными электродами. Подробнее здесь.
Ученые нашли способ удешевить доклинические испытания костных имплантатов
7 апреля 2021 года стало известно о том, что ученые НИТУ «МИСиС» в тандеме с биологами НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи предложили экономичный способ испытаний прочности врастания костных имплантатов при критических дефектах черепа. Метод предполагает использование мышиной модели и позволяет оценить эффективность интеграции имплантата. Расходы при его использовании сокращаются в 50 раз по сравнению с экспериментами на крупных животных, позволяя собрать более обширный статистический материал и ускорить выход разработки на клинический этап исследований. Результаты работы опубликованы в Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials.
Как поясняется, используемые в современной имплантологии материалы должны быть близки по свойствам к костной ткани, при этом зона интеграции имплантата должна быть достаточной, чтобы обеспечить прочное соединение и равномерное распределение нагрузки на восстанавливаемый участок кости. Прочность сращения имплантата с костью - важный параметр для понимания применимости имплантата в черепно-лицевой и спинальной хирургии.
При создании любого материала для имплантата сначала проводятся испытания его свойств на животных, и только потом разработка переходит на этап клинических исследований. В случае с черепными травмами, исследователи при испытаниях интеграции имплантата используют метод механического выталкивания. До сих пор такие эксперименты проводились только на крупных животных, что дорого обходится научным группам.
| | Чем крупнее животное, тем дороже его закупочная стоимость и содержание – расходы на корм (с учетом длительности эксперимента), содержание помещений и зарплату обслуживающего персонала. Плюс затраты на операции – наркоз, антибиотики, труд ветеринарных хирургов и послеоперационный уход – также возрастают. В среднем, затраты на эксперимент с крупными животными могут быть, ориентировочно, в 50-100 раз выше относительно мелких, например, мышей. поведала Анны Карягиной, главный научный сотрудник НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи Минздрава РФ, профессора, д.б.н. | |
Научный коллектив НИТУ «МИСиС», НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи и МГУ имени Ломоносова представил результат исследования, в котором механический тест выталкивания был реализован на мышиной модели имплантации в дефекты черепа критического размера.
| | Мы впервые адаптировали технологию для мышей с костными дефектами критического размера, то есть такими, которые не заросли бы сами за время эксперимента. Метод в сочетании с традиционными компьютерной томографией и гистологией позволяет наглядно показать результаты имплантации на мелких лабораторных животных, учитывая структуру, медико-биологические характеристики и механические свойства. рассказал Федор Сенатов, соавтор разработки, директор НОЦ Биомедицинской инженерии НИТУ «МИСиС», к.ф-м.н | |
По словам разработчиков, несмотря на возможности использования более крупных животных (из-за размера дефектов, наиболее близких к человеческим случаям), исследования на грызунах позволят значительно сократить расходы, а также получить расширенную статистику благодаря увеличению количества животных в эксперименте.
В апрель 2021 года исследователи продолжают работу по оптимизации метода.
2017: Разработка ARM
16 мая 2017 года британский разработчик микропроцессоров ARM Holdings сообщил о создании чипов, которые которые могут быть имплантированы в мозг парализованных людей. Этот проект компания реализует совместно с Центром сенсомоторной нейронной инженерии (Center for Sensorimotor Neural Engineering) в Университете Вашингтона.
Совместными усилиями разрабатываются однокристальные системы, которые помогут людям с повреждениями головного и спинного мозга выполнять привычные для людей движения конечностями. По планам разработчиков, микросхема будет вживляться в мозг без использования внешних выводов.
На первом этапе планируется, что чип позволит передавать сигнал от человеческого мозга к стимулятору, который находится в спинном мозге, благодаря чему парализованные люди или пациенты с неврологическими нарушениями смогут контролировать и совершать движения.
На второй стадии проекта будет разрабатываться интерфейс обратной связи, при помощи которого пациенты смогут вновь испытывать тактильные ощущения. Технология призвана помочь людям, пережившим инсульт, и имеющим проблему со спинным мозгом или болезнь Паркинсона и Альцгеймера.
Как рассказал BBC директор по медицинским технологиям компании ARM Holdings Питер Фергюсон (Peter Ferguson), к маю 2017 года в Центре сенсомоторной нейронной инженерии созданы ранние прототипы подобных чипов, однако в них еще не удалось решить проблемы с высоким энергопотреблением и чрезмерным выделением тепла.
| | Им нужно что-то сверхмалое и сверхэнергоэффективное, — заявил Фергюсон. | |
Вместе с тем он признал, что разработка решения, подключаемого к спинному мозгу и позволяющему парализованным людям вернуть двигательную активность, может занять немало времени. Разработчики надеются создать технологию за 10 лет.[4]
Примечания
- ↑ World-first study tests brain implants in humans to stop binge eating
- ↑ Spelling interface using intracortical signals in a completely locked-in patient enabled via auditory neurofeedback training
- ↑ Paralysed man communicates first words in months using brain implant: ‘I want a beer’
- ↑ ARM to provide chips for brain injury implants
