В Мельбурнском медуниверситете создан стентрод – эластичный имплантируемый модуль интерфейса “мозг – компьютер”. Его введение в сосуды мозга выполняется путём минимально инвазивной операции. Вместе с экзоскелетом и бионическими протезами он окажет помощь парализованным больным снова обрести свободу перемещений.
Каждый год в мире повреждения спинного мозга приобретают до полумиллиона людей. Их главными обстоятельствами остаются травмы, дегенеративные болезни нервной совокупности и злокачественные новообразования. Большая часть таких больных становятся калеками, не талантливыми обслуживать себя самостоятельно. Подобные неприятности появляются у лиц, перенёсших инсульт. Одним из перспективных направлений их реабилитации считаются интерфейсы «мозг – компьютер», именуемые в английской литературе BCI (brain-computer interface) либо реже BMI (brain-machine interface).
Игра без рук посредством BCI (фото: cybathlon.ethz.ch).
Современные модули BCI регистрируют электрическую активность мозга и переводят её в управляющие команды посредством носимого компьютера. С их помощью вероятно «мысленное» управление разными внешними устройствами, протезами либо кроме того собственными конечностями в обход повреждённых нервных дорог. До сих пор интерфейсы «мозг – компьютер», предназначенные для реабилитации парализованных людей, были достаточно громоздкими. Они создавались штучно под конкретного больного. Их сложно было применять дома и приспособить для серийного производства.
Первый мозговой имплантат с модулем BCI был установлен футболисту Мэттью Нейглу в 2004 году по окончании того, как в следствии травмы он сломал позвоночник. Данный блок смотрелся как закрепляемая на голове коробка с толстым кабелем. Главная же часть устройства размешалась за спиной либо крепилась на кресле. Каждое утро Нейгла и замечающих его медицинских сотрудников начиналось с процедуры калибровки устройства, и дезинфекции машины соединения и мест тела. С таким блоком управления на голове Мэттью прожил три года, руководя «силой мысли» компьютером, телевизором, перемещениями левой руки и внешним роботизированным манипулятором.
Мэттью Нейгл и его интерфейс “мозг-компьютер”.
Развивая данное направление, доктор-невролог врач Томас Оксли собрал научную группу из тридцати девяти экспертов шестнадцати учреждений Мельбурна. Он поставил перед ними задачу создать принципиально новую схему BCI. Она должна была круглосуточно делать считывание сигналов мозговой активности, пребывав конкретно в черепной коробке.
По окончании продолжительных изысканий группе удалось создать модуль BCI в виде стентрода – эластичного стента, выступающего в роли электрода. Подобно водителю ритма, он вводится через магистральные сосуды и под рентгеновским контролем имплантируется недалеко от выбранного участка коры головного мозга. Закрепившись, стентрод непрерывно регистрирует электрическую активность приблизительно десяти тысяч ближайших нейронов и показывает её по узкому проводу на внешний микрокомпьютер.
Благодаря однокристальным совокупностям компьютер возможно таким миниатюрным, что разработчикам удалось сделать его носимым. Он закрепляется на груди под ключицей и преобразует полученные сигналы от стентрода в управляющие команды, отправляемые по беспроводному интерфейсу на аккуратные устройства.
Сам стентрод изготовлен из нитинола – титана и современного сплава никеля с эффектом памяти формы. Он сделан как сосудистый эндопротез с долгим электродным контактом. Ранее применение нитинола было ограниченным из-за предположения о том, что ионы никеля будут неспешно выделяться при сотрудничестве с биологическими тканями, оказывая токсическое действие а также канцерогенный эффект. Современные изучения говорят о том, что на поверхности сплава образуется плёнка из оксида титана, которая мешает разрушению нитинола в организма человека.
Стентрод – электрод в сосуда (фото: Мельбурнский университет).
«Применяя разработку стента, отечественная матрица электродов самостоятельно расширяется и фиксируется в просвете вены, что разрешает нам регистрировать локальную мозговую активность. Расшифровывая эти нервные сигналы, мы можем применять их в качестве команд для управления чем угодно. Доклинические опробования показали принципиальную возможность созданного интерфейса «мозг – компьютер» руководить конечностями экзоскелета, инвалидными колясками и бионическими протезами», – поясняет инженер биомедицинской лаборатории университета Мельбурна, врач Николас Опи (Nicholas Opie).
Имплантированный стентрод и носимый микрокомпьютер (эксиз: University of Melbourne).
“В первый раз в медицинской практике мы смогли создать и показать устройство, которое возможно имплантировано без применения сложной нейрохирургической операции, – комментирует доктор наук Терри О’Брайен (Terry O’Brien), начальник департамента медуниверситета в Мельбурнской Королевской поликлинике. – Оно возможно доставлено к нужной области мозга по кровеносным сосудам и делать постоянную запись его электрической активности. самоё очевидным преимуществом отечественного подхода есть возможность его применения для людей, каковые были парализованы по окончании инсульта либо травмы спинного мозга. Это простой и неинвазивный способ, что значительно надёжнее для больных”.
Схема применения стентрода в интерфейсе “мозг – компьютер” (эксиз: Dr Thomas Oxley).
“На протяжении доклинического изучения мы смогли удачно записывать активность мозга в течение многих месяцев. Уровень качества записи было лучше, чем у внешних модулей BCI, поскольку стентрод был в”, – пояснил нейрофизиолог доктор наук Клайв Мэй (Clive May).
Созданный BCI-интерфейс авторы рассчитывают сделать массовым и ввести в клиническую практику в ближайшие пять лет. Благодаря данной разработке лишь в Австралии более двадцати тысяч парализованных людей смогут снова обрести свободу перемещения. Первые три операции по его имплантации добровольцам запланирована на 2017 год. Уникальную научную публикацию возможно прочесть в Nature Biotechnology.