Lekári vyvinuli nové sondy, ktoré nedráždia mozog

Americkí biomedicínski výskumníci vyvinuli nový typ mikroelektród, ktoré zbierajú mozgové signály bez toho, aby rušivo prenikali do tkaniva respektíve dráždili neuróny.

Skutočný doktor (Paul) House pri operácii.(Zdroj: Kelly Johnson, University of Utah)

Pomôžu ľuďom s prerušenou komunikáciou centrálnej nervovej sústavy a končatín alebo iných funkčných prvkov tela, ako je hlasové ústrojenstvo.

Drobné elektródy voperované do mozgu nie sú až taká novinka. Zaznamenávajú špecifickú nervovú činnosť a podľa nej pomáhajú paralyzovaným ľuďom komunikovať a konať. Alebo tým, ktorí stratili končatiny, ovládať bionické náhrady. A epileptikom utlmiť záchvaty.

Všetko je to skvelé. Lenže tieto elektródy majú aj odvrátenú stránku. Mozgové tkanivo dráždia. Najmä ak sú zavedené hlbšie. A je veľa miest, kde je riskantné ich používať, napríklad v oblastiach, ktoré ovládajú poznávacie funkcie. Lekári vždy musia zvažovať, aké sú šance, že nasadenie elektród nespôsobí viac škody ako úžitku.

Doktor House a jeho tím zasahujú

Našťastie sa objavilo šetrnejšie riešenie. Zatiaľ vyskúšané iba na signáloch, ktoré ovládajú pohyb ruky, no zato s výsledkami, ktoré sľubujú úspech aj v iných častiach mozgu.

Predložil ho tím, ktorý vedie neurochirurg Paul House z Utahskej univerzity v Salt Lake City (USA). Výsledky uverejnili v časopise Neurosurgical Focus.

„Na tejto technológii je unikátne, že poskytuje množstvo informácií o mozgu bez toho, aby sa doň museli zavádzať elektródy. Neurochirurgom to dovoľuje umiestniť toto zariadenie pod lebečnú stenu, ale nad mozgové oblasti, kde by bolo zavedenie elektród riskantné," povedal člen tímu bioinžinier Bradley Greger z tej istej inštitúcie.

Ako nad rečové centrum paralyzovaných pacientov, ktorí nedokážu komunikovať následkom porážky, úrazu chrbtice, amyotropnej laterálnej sklerózy a ďalších chorôb. Elektródy zachytia rečové signály a odošlú ich do počítača vybaveného syntetizátorom reči.

Umožnia však aj jemnejšie ovládanie bionických protéz, alebo všeobecne počítačového rozhrania, ktorý paralyzovaným ľuďom vytvorí skutočne funkčnú bránu do sveta.

Skromné vykúpenie

Paul House hovorí o „skromnom kroku" k využívaniu nových mikroelektród v systémoch na premenu myšlienok postihnutých ľudí na prostriedok ovládania spomenutých elektronických zariadení. Vylepšiť treba najmä softvér, „prekladajúci" mozgové signály. To potrvá ešte niekoľko rokov.

Paulovi Houseovi a Bradleyovi Gregerovi pomáha elektroinžinier a informatik Richard Brown s doktorandmi Spencerom Kellisom z tej istej branže a Kyleom Thomsonom, ktorý študuje bioinžinierstvo, všetci traja tiež z Utahskej univerzity.

Elektródy nad mozgovým tkanivom navyše vydržia podstatne dlhšie ako tie, ktoré sú doň zavedené. Ich menej častá výmena ušetrí postihnutým sprievodné trápenie. „Je predsa rozdiel, ak vám zasa budú musieť otvoriť lebku za tri roky, alebo za desať," lakonicky to vyjadril Bradley Greger.

Elektródové siete

Členovia tímu nazvali novú technológiu microECoG. Význam predpony „micro" je jasný, ide o oveľa menšie verzie elektród vyvinutých už pred polstoročím pre elektrokortikografiu čiže mapovanie elektrických signálov z mozgovej kôry - odtiaľ pochádza zvyšok názvu.

Veľké ECoG elektródy s priemerom niekoľkých milimetrov (zväčša pripomínajú gombík) sa na niekoľko dní až týždňov inštalujú aj epileptikom, ktorým nezaberajú lieky. Neprenikajú do mozgového tkaniva, ale nad predmetnou oblasťou zachytávajú anomálnu elektricú aktivitu. Chirurgovia s ich pomocou môžu presne lokalizovať malú časť mozgu, spôsobujúcu záchvaty - a následne ju odoperovať.

ECoG a microECoG sú vlastne na pol ceste medzi elektródami zavádzanými do mozgu a elektródami bežných elektroencefalografov (EEG), ktoré sa dávajú na vrch lebky.

Ideálne by bolo, keby postihnutí mohli ovládať pomôcky pomocou EEG elektród. Lenže to nejde, signály sa skresľujú jednak prechodom cez lebečnú stenu, jednak prípadnými pohybmi.

Nuž a bežné ECoG elektródy, inštalované v podobe sietí, sú priveľké na to, aby zachytili rad špecifických nervových impulzov, ktoré slúžia na ovládanie trebárs rúk.

Odvážna dobrosrdečná dvojica

Tímu pomohli microECoG vyskúšať dvaja dobrovoľníci. Boli to epileptici, trpiaci silnými záchvatmi, ktorým lekári inštalovali na povrch mozgu bežné ECoG. Súhlasili, aby im tím Paula Housea vedľa dal microECoG. Uvedomovali si riziko nasadenia neoverenej technológie, no chceli pomôcť paralyzovaným a bezrukým či beznohým ľuďom.

Dobrovoľníci sedeli na posteliach a podľa inštrukcií hýbali rukou, aby posúvali bezdrôtovú myš po vysoko citlivom tablete, alebo sa naťahovali po cieli pred nimi napravo respektíve naľavo. Počítač presne zaznamenal pohyby ruky na tablete a priraďoval im súbežne zaznamenávané a analyzované mozgové signály z centier, ovládajúcich ruku.

Vedci onedlho dokázali na základe amplitúdy a intenzity rozpoznať microECoG zachytávané signály, ktorými mozog ruke nariaďoval siahnuť napravo respektíve naľavo.

Od virtuálnej ruky k reálnej?

Elektródy tvorili siete vložené do priehľadného gumovitého silikónu. Prvému dobrovoľníkovi voperovali na niekoľko týždňov dve 16-elektródové (4 x 4) siete s elektródami vzdialenými od seba 1 milimeter. Ukázalo sa však, že je to priblízko, susedné microECoG zachytávali tie isté signály.

Druhému preto na niekoľko dní voperovali jedinú sieť s 32 elektródami, vzájomne vzdialenými 2 milimetre. Ukázalo sa, že optimálna vzdialenosť elektród je 2 až 3 milimetre, vtedy sa z mozgu získa najviac informácií.

mozgove_sondy2.jpg

Na ľavom obrázku sú vo fotoeditore zvýraznené dve 16-elektródové microECoG siete nad mozgom prvého dobrovoľníka, umiestnené medzi bežnými veľkými gombíkovitými (a číslovanými) ECoG elektródami. MicroECoG sú pripojené cez mikrovodiče s oranžovou a zelenou izoláciou. Na pravom obrázku je zvýrazená 32-elektródová sieť microECoG nad mozgom druhého pacienta medzi bežnými ECoG elektródami, pripojených mikrovodičmi s priehľadnou izoláciou, ktoré vidno v dolnej časti obrázku. Bežné ECoG sú pripojené vodičmi so zelenou izoláciou.
Foto: University of Utah Department of Neurosurgery

mozgove_sondy3.jpg

Mikrovodiče so zelenou a oranžovou izoláciou sú pripojené ku dvom sieťam so 16 microECoG elektródami. Siete sú na tomto detaile z ľavého prechádzajúceho obrázku sotva viditeľné, keďže každá je vnorená v malej doštičke priehľadného gumovitého silikónu.
Foto: University of Utah Department of Neurosurgery

Ďalší krok - s vylepšeným softvérom na dekódovanie mozgových signálov zachytených cez ECoG v reálnom čase - bude spočívať v pokusoch s takisto epileptickými dobrovoľníkmi, ktorých členovia tímu požiadajú, aby v počítači myšlienkami ovládali virtuálnu ruku.

Hlavný zdroj: Komuniké University of Utah z 28. júna 2009.

Najčítanejšie na SME Tech


Hlavné správy zo Sme.sk

DOMOV

Tomanová používa jednostranné stanoviská, súdy ju rešpektujú

Súdneho znalca odvolávajúceho sa na komisárku pre deti Vieru Tomanovú stiahli z prípadu.

KOMENTÁRE

Veď sú to iba deti

Zdá sa, akoby Tomanová nastúpila v čase, keď sa nepredpokladalo, že bude musieť niečo významné urobiť.

SVET

OSN zverejnila plán na zníženie počtu ľudí, je to hoax

Sedemnásť rokov stará správa a množstvo nepodložených komentárov zaujali aj stranu Borisa Kollára.

KOMENTÁRE

Dúfajme, že Duda to pochopil. Nie sú dve Poľská, iba jedno

Predkladané zákony berú Poľsko všetkým Poliakom.

Neprehliadnite tiež

Slovák odhalil, ako mäsožravé rastliny spoznajú svoju korisť

Rastliny prenášajú signály podobne ako v nervová sústava človeka.

OBJEKTÍV

Vedci zachytili historický zákryt, ďaleké teleso zhaslo hviezdu

K telesu 2014 MU69 v Kuiperovom páse smeruje sonda New Horizons.

Jurský park klamal, Tyranosaurus rex nevedel bežať

Dinosaurus mohol robiť rýchle kroky, idúce auto by zrejme nedobehol.

Midichloriány zo Star Wars neexistujú, ale predátorské časopisy o nich vydali štúdiu

Pod štúdiou sú podpísaní Dr. Lucas McGeorge a Dr. Annette Kin.

Inzercia - Tlačové správy


  1. Ako pracujú horskí záchranári? Tieto veci by ste nemali podceniť
  2. Návod, ako získať maximum pri nákupoch s kreditkou
  3. Mexická Oaxaca: Vonia čokoládou a jedinečnými pyramídami
  4. Dobrý internet v meste i na vidieku. Dostupný je takmer všade
  5. Na tieto veci sa oplatí myslieť pred odchodom na dovolenku
  6. Volkswagen Golf: Odpoveď na takmer všetky otázky
  7. Vietnam: Krajina, ktorá rozmazná jedlom a uchváti históriou
  8. Investícia do dlhopisov s fixným výnosom 6,25 - 7,25 % p.a.
  9. I cez prázdniny testujte elektrobicykle
  10. 5 dôvodov, prečo sa prihlásiť na konferenciu ENERGOFÓRUM®
  1. Ako pracujú horskí záchranári? Tieto veci by ste nemali podceniť
  2. Poslanec M. Borguľa bojuje proti netransparentnému tendru
  3. Grantová výzva na vykonávanie činností informačných centier
  4. Návod, ako získať maximum pri nákupoch s kreditkou
  5. Mexická Oaxaca: Vonia čokoládou a jedinečnými pyramídami
  6. Funguje predaj realít aj bez maklérov?
  7. BILLA a ÚNSS skontrolovali zrak 10 380 slovenským deťom
  8. Dobrý internet v meste i na vidieku. Dostupný je takmer všade
  9. Na tieto veci sa oplatí myslieť pred odchodom na dovolenku
  10. Borguľa žiada vyrúbenie dane pre americkú ambasádu
  1. Dobrý internet v meste i na vidieku. Dostupný je takmer všade 5 308
  2. Volkswagen Golf: Odpoveď na takmer všetky otázky 5 284
  3. Na tieto veci sa oplatí myslieť pred odchodom na dovolenku 4 568
  4. Mexická Oaxaca: Vonia čokoládou a jedinečnými pyramídami 3 328
  5. Vietnam: Krajina, ktorá rozmazná jedlom a uchváti históriou 3 195
  6. I cez prázdniny testujte elektrobicykle 2 038
  7. Návod, ako získať maximum pri nákupoch s kreditkou 1 905
  8. Máte už vybranú dovolenku na júl? 1 294
  9. Chcete vedieť všetko o vašej krvi? Čaká vás 6000 typov vyšetrení 1 236
  10. V meste či mimo mesta, stále s kvalitným internetom 1 061