Znajdź zawartość

Unikatowa metoda stymulacji mózgu naśladująca sposób, w jaki tworzymy wspomnienia, wydaje się poprawiać zdolność ludzi do zapamiętywania nowych informacji. Pierwsze eksperymenty sugerują, że ta prototypowa „proteza pamięci” nie tylko pomaga ludziom cierpiącym na zaburzenia negatywnie wpływające na zdolność do zapamiętywania, ale działa u nich bardziej efektywnie, niż u zdrowych. Być może w przyszłości bardziej zaawansowana wersja takiej protezy będzie pomagała osobom, które utraciły pamięć w wyniku urazu czy chorób neurodegeneracyjnych. Profesor Sam Deadwyler z Wake Forest Baptist wraz z zespołem od ponad 20 lat pracuje nad technologią naśladowania procesów zachodzących w hipokampie, kluczowej strukturze mózgu, która bierze udział w tworzeniu pamięci krótkotrwałej i przenoszeniu informacji z pamięci krótkotrwałej do długotrwałej. Naukowcy postanowili wykorzystać elektrody wszczepiane do mózgu, by zrozumieć wzorce aktywności elektrycznej pojawiające się podczas zapamiętywania, a następnie wykorzystać te same elektrody do sztucznego stworzenia takich wzorców. Badania prowadzono na zwierzętach oraz na ochotnikach, którzy mieli wszczepione elektrody w ramach leczenia epilepsji. Bliski współpracownik profesora Deadwylera, doktor Rob Hampson wraz z kolegami z Wake Forest University School of Medicine przeprowadzili eksperymenty nad praktycznym wykorzystaniem wspomnianych badań. Znaleźli 24 ochotników z elektrodami wszczepionymi z powodu epilepsji. Część z tych osób miała też uszkodzenia mózgu. Wolontariusze brali udział w testach pamięci. Każdemu z nich na ekranie komputera pokazano obrazek. Po pewnym czasie widzieli ten sam obrazek, ale w towarzystwie innych. Ich zadaniem było wskazanie, który z obrazków widzieli już wcześniej. Ten test pamięci krótkoterminowej powtórzono 100-150 razy. Kolejny test, tym razem pamięci długoterminowej, rozpoczęto 15–90 minut po zakończeniu pierwszego. Tym razem badani widzieli na ekranie 3 obrazki i proszono ich, by wskazali ten, który wydaje im się znajomy. Oba testy powtórzono dwukrotnie. Za pierwszym razem, by zarejestrować aktywność elektryczną w hipokampie. Za drugim razem podczas testu elektrody stymulowały mózgi badanych, korzystając z wcześniej zarejestrowanego wzorca. Wzorzec ten był inny w przypadku każdej z osób. Naukowcy zauważyli, że proteza pamięci pozwalała na uzyskanie lepszych wyników w teście pamięci. Badani znacznie lepiej zapamiętywali, gdy w czasie testu ich mózgi były stymulowane przez elektrody według wzorca zarejestrowanego w czasie pierwszego testu. Badani uzyskiwali od 11 do 54 procent lepsze wyniki. Największa poprawa zaszła u tych osób, które na początku eksperymentów miały najpoważniejsze problemy z pamięcią. Wszystkim uczestnikom eksperymentu elektrody usunięto po tym, jak ich lekarze zakończyli badania związane z dręczącą ich epilepsją. Jednak autorzy protezy pamięci mają nadzieję, że mimo to pacjenci będą odczuwali pozytywne skutki eksperymentu. Teoretycznie bowiem stymulacja elektryczna, jaką otrzymali, może wzmocnić połączenia pomiędzy neuronami w ich hipokampach. Być może w przyszłości udoskonalona proteza pamięci będzie szeroko używana, by pomóc ludziom z różnymi zaburzeniami. Pierwszymi kandydatami do tego typu leczenia będą zapewne osoby z urazami mózgu. Pomoc osobom z urazami hipokampu powinna być łatwiejsza niż osobom z chorobami neurodegeneracyjnymi, gdyż te ostatnie zwykle uszkadzają wiele regionów mózgu. Zanim jednak takie urządzenia powstaną, musimy znacznie więcej dowiedzieć się o badaniu mózgu i rozwiązać wiele problemów technicznych. « powrót do artykułu

Miłośnicy serialu science-fiction Star Trek z pewnością pamiętają urządzenie zwane tricorderem. Pozwalało ono, między innymi, ocenić dokładnie stan zdrowia badanego pacjenta na odległość. Nasza medycyna niestety musi posiłkować się sondami, czujnikami i elektrodami, chcąc zdiagnozować chociażby pracę serca. Być może jednak niedługo sen Gene'a Roddenberry'ego (twórcy serialu) zacznie się ziszczać. Elektrody i przyczepiane czujniki pozwalają na dokładną analizę rytmu serca, czy oddechu, ale na dłuższą metę jest to rozwiązanie niewygodne - wymaga precyzyjnego przylepiania, uwiązuje pacjenta do aparatury i nie nadaje się dla osób poruszających się. Artykuł w Review of Scientific Instruments, periodyku wydawanym przez American Institute of Physics pozwala spodziewać się rewolucji w tej dziedzinie. A szykują ją dwaj japońscy naukowcy z Kyushu University: Atsushi Mase i Daisuke Nagae. Opracowane przez nich urządzenie wykorzystuje do badania pacjenta mikrofale o małej mocy, bardzo czuły odbiornik rejestruje ich odbicia i przesunięcie w fazie, pozwalając zmierzyć nawet bardzo małe zmiany w organizmie. Dalej do działania ruszają cyfrowe algorytmy odszumiania i przetwarzania sygnałów. Po odfiltrowaniu przypadkowych ruchów ciała aparat pozwala w czasie niemal rzeczywistym (z niewielkim opóźnieniem) monitorować pracę serca i autonomicznego układu nerwowego oraz oddychanie. Oczywistym zastosowaniem będzie ciągły monitoring chorych, ale potencjalne pola działania to również np. wykrywanie pierwszych oznak senności u kierowcy. Niestety, od razu pojawiły się także pomysły masowego monitorowania skupisk ludzkich, jak wykrywanie oznak stresu wśród pasażerów linii lotniczych, które mogłyby sugerować, że osoba zdenerwowana ma coś na sumieniu, czy może jest nawet terrorystą. Wykorzystania słynnego tricordera do inwigilacji autorzy serialu Star Trek nie przewidzieli.

Naukowcy z 3 amerykańskich uniwersytetów skonstruowali implant mózgowy, składający się po części z jedwabiu. Jest bardzo cienki, a zastosowanie giętkich elektrod sprawia, że urządzenie doskonale stapia się z otoczeniem. Testy na kotach wykazały, że dokładniej zapisuje aktywność neuronów niż aparat grubszy i sztywniejszy. Specjaliści z University of Illinois, Uniwersytetu Pensylwanii oraz Tufts University uważają, że ich wynalazek polepszy stan zdrowia i jakość życia m.in. pacjentów z padaczką czy uszkodzeniami rdzenia kręgowego, a także ułatwi posługiwanie się protezami rąk i nóg. W implancie do utworzenia macierzy elektrod wykorzystano białka jedwabiu. Na tym wzorze rozmieszczono miniaturowe metalowe elektrody. Jako że jedwab jest materiałem biokompatybilnym i rozpuszczalnym w wodzie, po jakimś czasie od wszczepienia znika, a na powierzchni mózgu pozostaje jedynie sieć obwodów. Zastosowany materiał pozostaje przezroczysty, giętki i wytrzymały, ponadto można regulować tempo jego rozpuszczania. Amerykanie testowali swoje urządzenie na kotach. Zwierzęta były znieczulone, ich oczy jednak nadal funkcjonowały. Ssakom pokazywano różne obrazy i utrwalano, jak na nie reagują. Eksperci doceniają rozwiązanie, podkreślając, że zmniejszając kontakt z tkanką mózgu, ogranicza ono jego uszkodzenia.

Stymulacja elektryczna lewej grzbietowo-bocznej kory przedczołowej to metoda na poradzenie sobie z głęboką depresją, która nie reaguje na żadne inne próby leczenia. Na razie przeprowadzono próby na niewielkiej grupie osób, ale są one obiecujące. Już wcześniejsze badania wskazywały, że rejon ten odgrywa kluczową rolę w rozwoju depresji – opowiada dr Emad N. Eskandar z Harvard Medical School, chwaląc się, że jego zespół podjął pierwszą próbę określenia, jak na stan ciężko chorych pacjentów wpłynie wszczepienie stymulatora korowego. Amerykańskie studium objęło 12 osób, które zmagają się z depresją średnio od 27 lat. Stosowano u nich 9-10 leków, które, niestety, nie pomogły. By umieścić elektrody bezpośrednio na powierzchni mózgu, w czaszce wycięto niewielki otwór. Badanych losowo przydzielono do dwóch grup. Przez dwa miesiące jedni przechodzili prawdziwą terapię, innych poddawano fałszywej procedurze. Po upływie tego czasu u wszystkich zastosowano aktywną stymulację. Po 8 tygodniach u osób z pierwszej grupy odnotowano 22-procentową poprawę w wynikach uzyskiwanych w standardowej skali depresji, podczas gdy u przedstawicieli drugiej grupy poprawa ta była jedynie 3-procentowa. Gdy badanie powtórzono po 6 i 12 miesiącach, efekty były nadal widoczne.

Akademicy z Purdue University, którzy prowadzą finansowane przez Intela badania, poinformowali, że wykorzystanie jonicznego wiatru do wymiany ciepła aż o 250% usprawnia chłodzenie układów scalonych. Naukowcy stworzyli prototypowy silnik wiatrowy, dzięki któremu pokonano zjawisko polegające na pozostawaniu nagrzanych molekuł powietrza w pobliżu układu. Prototyp silnika składa się z dwóch elektrod umieszczonych po obu stronach chipa. Różnica napięcia pomiędzy elektrodami wynosiła tysiąc woltów, co spowodowało, że molekuły powietrza zostały naładowane i powstał joniczny wiatr przesuwający się nad powierzchnią całego układu. Zwykle dzieje się tak, że powietrze, utrzymując się w naturalny sposób w pobliżu powierzchni układu utrudnia jego chłodzenie. Jeśli udałoby się zintegrować joniczny silnik wiatrowy z chipem, powietrze to można by usunąć, a wydajność obecnie stosowanych układów chłodzących zwiększyłaby się dzięki temu o 250 procent. Uczeni pracują teraz nad zmniejszeniem napięcia koniecznego do wywołania jonicznego wiatru oraz nad zminiaturyzowaniem samego silnika. Na potrzeby laboratoryjnych eksperymentów obie elektrody umieszczono w odległości 10 milimetrów od boków układu i podłączono je do napięcia rzędu tysięcy woltów. Podczas testu układ, który tradycyjnymi metodami udało się schłodzić do 60 stopni Celsjusza po włączeniu silnika osiągnął temperaturę 35 stopni. Obecnie naszym zadaniem jest zmniejszenie odległości pomiędzy obiema elektrodami – mówi profesor Suresh Garimella. Będą znajdowały się one w odległości nie milimetrów a mikronów od układu scalonego. Uczeni twierdzą, że w ciągu dwóch lat opracują nowy prototypowy silnik, który będzie działał przy znacznie niższych napięciach. Purdue University od lat prowadzi badania nad technikami jonicznego wiatru. Są one finansowane przede wszystkim przez National Science Foundation.

Mężczyzna z uszkodzonym mózgiem, który od 6 lat porozumiewał się tylko za pomocą ruchów oczu i kciuka, może znowu mówić. Udało się to po zastosowaniu głębokiej stymulacji mózgu. Trzydziestoośmiolatek odzyskał też zdolność żucia i przełykania. Dzięki temu będzie go można karmić łyżeczką i zrezygnować z przetoki żołądkowej. Pacjent zaczął gestykulować, potrafi również pić z kubka (Nature). Rodzina nie zgodziła się na ujawnienie jego tożsamości. Do urazu mózgu doszło w czasie napadu. Od tego momentu mężczyzna tylko od czasu do czasu odzyskiwał częściowo przytomność. Nie występowały celowe ruchy kończyn. Podczas eksperymentu amerykańscy neurolodzy wprowadzili do mózgu elektrody. Podobną stymulację stosuje się przy leczeniu m.in. choroby Parkinsona. Przez 6 miesięcy elektrody na przemian włączano i wyłączano, by ocenić, czy terapia w ogóle działa. W ciągu pierwszych 48 godzin stymulacji pacjent był w stanie otworzyć oczy i utrzymać ten stan, obracać głowę oraz wypowiadać słowa. Po kilku sesjach leczenia obecnie mężczyzna wykonuje bardziej złożone czynności, np. czesze się. Nie przychodzi mu to łatwo z powodu obniżonej mobilności. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) wydała zezwolenie na testy z udziałem kolejnych 12 osób. Badacze twierdzą, że jeśli uda się powtórzyć wyniki uzyskane w przypadku 38-latka, będzie można zmienić sposób sprawowania opieki nad takimi pacjentami. Teraz trafiają oni do ośrodków opieki długoterminowej. Dr Ali Razai z Center for Neurological Restoration kliniki w Cleveland, który wszczepiał elektrody, podkreśla, że u chorego zaobserwowano "znaczną i trwałą poprawę".