Теперь исследователи могут по беспроводной связи записывать напрямую измеренную мозговую активность пациентов, живущих с болезнью Паркинсона, а затем использовать эту информацию для корректировки стимуляции, производимой имплантированным устройством. Прямая регистрация глубинной и поверхностной активности головного мозга позволяет уникальным образом изучить основные причины многих заболеваний головного мозга; однако технологические проблемы до этого момента ограничивали прямые записи человеческого мозга относительно короткими периодами времени в контролируемых клинических условиях.
Этот проект, опубликованный в журнале Nature Biotechnology, финансировался Инициативой по исследованию мозга Национальных институтов здравоохранения посредством продвижения инновационных нейротехнологий (BRAIN).
«Это действительно первый пример беспроводной регистрации глубинной и поверхностной активности мозга человека в течение длительного периода времени в домашней среде участников», – сказал Кари Ашмонт, доктор философии.D., руководитель проекта NIH BRAIN Initiative. “Это также первая демонстрация адаптивной стимуляции глубокого мозга в домашних условиях.”
Устройства для глубокой стимуляции мозга (DBS) одобрены U. S. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для лечения симптомов болезни Паркинсона путем имплантации тонкой проволоки или электрода, который посылает электрические сигналы в мозг. В 2018 году лаборатория Филипа Старра, М.D., Ph.D. в Калифорнийском университете в Сан-Франциско разработали адаптивную версию DBS, которая адаптирует свою стимуляцию только при необходимости на основе записанной активности мозга. В этом исследовании д-р. Старр и его коллеги внесли несколько дополнительных улучшений в имплантированную технологию.
«Это первое устройство, которое позволяет вести непрерывную и прямую беспроводную запись всего сигнала мозга в течение многих часов», – сказал д-р. Старр. “Это означает, что мы можем выполнять запись всего мозга в течение длительного периода времени, пока люди заняты своей повседневной жизнью.”
Последствия этого типа записи значительны. Паттерны активности мозга (нейронные сигнатуры), обычно используемые для выявления таких проблем, как симптомы болезни Паркинсона, традиционно регистрируются в клинических условиях в течение коротких периодов времени. Эта новая технология позволяет проверять эти подписи во время обычных повседневных действий.
«Если вы когда-нибудь надеетесь использовать записи в больнице для изменения болезненного состояния с помощью адаптивной стимуляции, вы должны показать, что они применимы и в реальном мире», – сказал доктор. Старр.
Еще одно преимущество записи в течение длительных периодов времени заключается в том, что отчетливые изменения активности мозга (биомаркеры), которые могут предсказать двигательные нарушения, теперь могут быть идентифицированы для отдельных пациентов. Рои Гилрон, доктор философии.D., докторант в докторантуре. Лаборатория Старра и первый автор этого исследования объяснили, что это позволяет достичь уровня индивидуализированного лечения DBS, которого ранее было невозможно достичь.
«Поскольку мы можем создать библиотеку биомаркеров для каждого пациента, теперь мы можем запрограммировать каждую единицу DBS в соответствии с индивидуальными потребностями пациента», – сказал д-р. Гилрон. “Это включает в себя индивидуальные программы стимуляции, которые адаптируются по мере изменения потребностей пациента в течение дня.”
Возникает одно важное соображение – этические последствия (почти) ежедневной записи мозга. С самого начала Инициатива NIH BRAIN признала важность рассмотрения потенциальных этических соображений, касающихся разработки и использования устройств, которые регистрируют или регулируют активность мозга. Например, рабочая группа NIH BRAIN по нейроэтике – это группа экспертов в области нейроэтики и нейробиологии, которая предоставляет инициативе NIH BRAIN информацию, касающуюся нейроэтики – области, изучающей этические, правовые и социальные последствия нейробиологии. Помимо финансирования исследований в области нейротехнологий, Инициатива также финансирует исследования этических последствий достижений в области нейротехнологий.
«К нам обращались пациенты, которые беспокоились о конфиденциальности», – сказал д-р. Старр. “Хотя мы еще не достигли той точки, где мы можем отличить конкретное нормальное поведение от записи активности мозга, это абсолютно законное беспокойство. Мы посоветовали пациентам не стесняться снимать свои носимые устройства и выключать записи своего мозга всякий раз, когда они занимаются деятельностью, которую они хотели бы сохранить в тайне.”
Пациенты также были приглашены к участию в проектах нейроэтики, финансируемых NIH BRAIN, направленных на выявление опасений по поводу этой новой технологии (MH114860). Кроме того, люди, которые отказались от проекта по имплантации, были опрошены о своем решении. В соответствии с рекомендациями недавнего BRAIN 2.0, эта информация будет использована для разработки этических принципов и протоколов для будущих проектов для достижения здорового баланса между открытием и конфиденциальностью.
Одним из непредвиденных преимуществ этого исследования было то, что, поскольку оно практически не требовало прямого контакта с клиницистами после операции, оно идеально подходило для социального дистанцирования, которое имеет решающее значение во время пандемии COVID-19. Технологии, используемые для удаленного мониторинга пациентов и телемедицины, изначально были разработаны для удобства субъектов исследования, но они имеют более широкое применение в других исследовательских проектах, которые были приостановлены из-за COVID-19.
«Технологии, которые мы разработали и использовали для связи и удаленной работы с нашими пациентами, также могут позволить тем, кто не живет рядом с клиникой, получать« по воздуху »обновления для своих устройств и посещения телемедицины от своих неврологов, поскольку они управляют все более сложной DBS устройств “, – сказал доктор. Гилрон.
Важность изучения поведения в естественной среде, например дома, в том, что касается нейронной активности, была подчеркнута в недавнем исследовании BRAIN 2.0 отчет по нейробиологии. Доктор. Эшмонт подчеркнул, что это исследование является значительным шагом в этом направлении и поможет ученым понять не только расстройства, но и нейронную репрезентацию поведения в целом.