Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Гарвардского университета провели исследование, которое может иметь огромное значение для восстановления спинного мозга после травмы. Главная» Новости» Спинной мозг новости. По сути дела, спинной мозг — это нервная трубка, которая выросла, достигла размера 40–45 сантиметров и выполняет в нашем организме очень важные функции, связанные с управлением телом. Человеку с травмой шейного отдела спинного мозга имплантировали электроды в головной и спинной мозг, чтобы заменить разорванные нейронные связи «цифровым мостом» — BSI (brain-spine interface). Z-новости. В РФ создали препарат со стволовыми клетками для лечения травмы спинного мозга.
Впервые в мире: ученые Университета «Сириус» разработали мягкий нейроимплант спинного мозга
Сначала клетки пытаются бороться. По мере исчерпания ресурсов они переходят на более экономный путь извлечения энергии. Детский вопрос: зачем мы дышим? И правда, зачем людям вообще нужен кислород? Биохимики знают ответ.
Кислород — краеугольный камень цикла Кребса. Именно на кислороде пересекается три принципиально важных пути метаболизма: клеточное дыхание, гликолиз и электрон-транспортная цепочка. Цикл Кребса — это биохимическая топка, лежащая в основе снабжения организма энергией. Поначалу он кажется глобальным и монструозным, хотя в биохимии бывают и другие штуки, более трудные для восприятия.
Например, орнитиновый цикл. Так или иначе, все пути метаболизма рано или поздно замкнутся на цикле лимонной кислоты. При отсутствии кислорода метаболизм переключается на анаэробный путь. При нём возникает меньше энергии, а ещё — изменение pH крови в кислую сторону.
Показатель pH — величина логарифмическая. Это значит, что численный показатель изменяется на одну величину при увеличении или уменьшении в соответствующее количество раз. Со школьной скамьи мы знаем разницу между кислотами и основаниями. Мол, кислота — это водород с кислотным остатком, а щёлочь — металл с ним же.
В биохимии всё немного иначе. Тут кислота — любой донор электронов, а основание, соответственно, будет его акцептором. Всё бы ничего, но атом, получивший положительный или отрицательный заряд становится ионом. Ионы проявляют высокую химическую активность и ведут себя крайне агрессивно, особенно в отношении клеточных мембран.
Нарастающий ацидоз ломает клеточные мембраны, что приводит к выходу продуктов распада и литических ферментов. В норме литические ферменты сидят запертыми в специальных органеллах клетки. Вырвавшись наружу, эти вещества начинают переваривать всё подряд. В такой ситуации становится как-то не до гемодинамики.
Падение артериального давления становится катастрофическим. Сердце вроде бы качает кровь, лёгкие работают, но тело всё равно страдает от гипоксии. Спинальный шок, как и все экстремальные состояния, находится в ведении анестезиологии-реаниматологии. Этот раздел медицины занимается протезированием жизненно важных функций.
Интенсивная терапия шоков — дело сложное, крайне дорогое и не всегда успешное. Организм человека обладает резервом прочности за счёт буферных систем, но, будучи выбитым из равновесия, моментально уходит в крутое пике. Каждый новый виток патофизиологического круга усиливает предыдущий, и последствия могут быть самыми плачевными. Спинномозговые имплантаты Допустим, человека удалось спасти.
Его жизнедеятельности ничто не угрожает, но он остаётся прикованным к кровати. Можно ли вернуть спинальному пациенту возможность активных движений? Сейчас мы способны утвердительно ответить на этот вопрос. Путь к реабилитации предлагает индустрия нейропротезирования.
Блог FirstVDS уже писал о современной бионике. Мы освещали бионическое протезирование конечностей , глаз , ушей , немного коснулись искусственного производства внутренних органов методом биопринтинга. В контексте сегодняшнего материала всё куда сложнее. Нервная система биологична, высокоорганизованна и подчиняется законам кибернетики.
Она работает на каскадах электрохимических процессов в нейронах. Нервные сети накладываются друг на друга, порой самым неочевидным образом. Они сильно подвержены индивидуальной изменчивости. После нашего экскурса в анатомию читатель видит, насколько сложная задача стоит перед производителями спинномозговых имплантатов.
Если рука или даже глаз кое-как согласны мириться с бионикой, то полностью помирить мозг и металл ещё никому не удалось. Впрочем, существует несколько обходных тропинок. В XXI веке мы не способны заменить головной или спинной мозг, но можем помочь электрическим импульсам в прохождении места разрыва. Этот материал создавался на основе статьи « Walking naturally after spinal cord injury using a brain—spine interface », опубликованной в журнале «NATURE» 24 мая 2023 года.
В ходе исследования учёные смогли восстановить активные движения ног с помощью спинномозгового электростимулятора. Он представляет собой цифровой мост, установленный в эпидуральном пространстве. Спинной мозг оплетён тремя оболочками: твёрдой, мягкой и паутинной. Твёрдая мозговая оболочка, она же dura mater, является вторым защитным звеном после костей.
Установив имплантат на неё, можно добиться непосредственного контакта стимулятора с мозгом. Мост восстанавливает контакт между корой головного мозга и отделами ЦНС, находящимися ниже места разрыва. Благодаря имплантату человек возвращает способность ходить, избегать препятствий и даже подниматься по лестнице. Схема спинномозгового имплантата Два кортикальных имплантата состоят из 64 электродов.
Электронные компоненты окружены корпусом из титанового сплава. Этот материал биологически инертен и практически невидим для иммунной системы. Внутренняя поверхность имплантата плоская. Она несёт матрицу из 64 платиново-иридиевых электродов диаметром в 2 мм с шагом в 4,5 мм.
Так обеспечивается первый этап: запись сигнала, его регистрация и модуляция. Подробнее об этих вопросах будет рассказано в следующей части статьи. Программная составляющая кодирует и модулирует сигналы. Впоследствии они отправляются к имплантируемому генератору импульсов.
Имплантируемый генератор импульсов общается с пояснично-крестцовым отделом позвоночника с помощью 16 электродов. Они выполняют селективную активацию скелетной мускулатуры. Кортикальный имплантат состоит из 2 блоков по 64 электрода.
Хирурги, которые специализируются на болезнях позвоночника, обсуждают передовые методы лечения, делятся опытом и изучают новые образцы оборудования. За последнее десятилетие это направление медицины заметно продвинулось. Сегодня врачи успешно справляются с последствиями травм, которые еще не так давно приводили к инвалидности.
Хирург-вертебролог — от латинского «позвоночник». Это направление объединяет в себе и нейрохирургов и ортопедов-травматологов. Благодаря соединению специальностей в Центре нейрохирургии им. Бурденко удалось помочь Эдуарду. У него удалили очень редкую опухоль. Болезнь редкая, история обычная.
Третий день после операции, выписка через два дня.
Пациенты жалуются на проблемы с памятью, мышлением и обучением. Однако последние исследования помогают лучше понять проблему. У большей части из них были когнитивные нарушения. Все испытуемые перенесли коронавирус в легкой форме, им не потребовалась госпитализация. Средний возраст участников с когнитивными симптомами составил 48 лет по сравнению с 39 годами в контрольной группе.
Сигналы беспроводным образом передавались на гарнитуру, прикреплённую к голове, с неё — на лэптоп в рюкзаке за спиной. Лэптоп расшифровывал сигнал из головного мозга, чтобы стало понятно, о каком движении он думал. Дальше уже спинномозговому имплантату отправлялась информация, на какие мышцы нужно подействовать, чтобы совершить запланированное движение. Считыванием сигналов из мозга и перевод их в понятные алгоритмические команды занимаются нейрокомпьютерные интерфейсы.
Здесь нейрокомпьютерный интерфейс соединили со спинномозговым имплантатом, и вместе они продублировали исходное спинномозговое соединение, повреждённое травмой. На то, чтобы освоиться с новой системой, понадобилось сорок тренировок, после чего доброволец с двумя имплантатами начал двигаться более естественно и в произвольном ритме. Теперь он мог, например, садиться в машину и выходить из неё, и даже, как было сказано, подниматься и спускаться по лестнице. Благодаря тому, что электростимуляция спинного мозга теперь была под контролем пусть и опосредованным мозга головного, движения в щиколотках, коленях и тазобедренных суставах стали более точными хотя нельзя сказать, что человек стал двигаться абсолютно свободно — движения даются всё-таки с определённым усилием. Травма не полностью разрушила связи в спинном мозге, какие-то из них остались, и, по-видимому, благодаря системе с двумя имплантатами оставшиеся связи усилились — головной мозг стал лучше чувствовать парализованную часть тела. Разумеется, нужно помнить, что систему с двумя имплантатами испытали пока только на одном-единственном человеке, и что в мозг хирургическим путём вживили набор из нескольких десятков электродов — а такие операции не всегда проходят абсолютно удачно. Тем не менее, даже в таком единичном варианте видно, что подход с нейроинтерфейсом и спинномозговой стимуляцией как таковой работает.
Science: Ученые заставили мышей пойти после повреждения спинного мозга
| Нейроинтерфейс между спинным и головным мозгом позволил ходить паценту с травмой позвоночника | спинной мозг? Данное видео даст вам полное представление об этом органе. Здесь отлично видно, что из себя представляют дорзальные и вентральные корешки спинномозговых нервов, как выглядит сегмент спинного мозга и, главное, где находится конский хвост. |
| Открытие ученых о регенерации нейронов спинного мозга | Шейные позвонки зажали спинной мозг. |
| Технологии позволяют опытным хирургам справляться с патологиями позвоночника и спинного мозга | Новости окружающая среда Спинной мозг беспроводным способом подкл. |
Ученые вернули возможность ходить мышам с травмами спинного мозга
Группа специалистов Калифорнийского университета решила использовать интегрины для стимулирования роста поврежденных аксонов. Сначала они использовали передовой генетический анализ для выявления групп нервных клеток, способных улучшить ходьбу после частичного повреждения спинного мозга. Затем исследователи обнаружили, что простая регенерация аксонов этих нервных клеток через поврежденный спинной мозг без использования специфических мишеней не влияет на восстановление функций. Однако когда стратегия была усовершенствована и стала включать использование химических сигналов для привлечения и направления регенерации этих аксонов к их естественной целевой области в поясничном отделе спинного мозга, в мышиной модели полного повреждения спинного мозга было отмечено значительное улучшение способности ходить. Майкл Софрониев, профессор нейробиологии Медицинской школы Дэвида Геффена при Калифорнийском университете и ведущий автор нового исследования, поясняет в пресс-релизе: "Наше исследование предоставляет важнейшую информацию о тонкостях регенерации аксонов и требованиях к функциональному восстановлению после травмы спинного мозга".
Он добавил: "Это подчеркивает необходимость не только регенерировать аксоны при повреждениях, но и активно направлять их к их естественным целевым областям для достижения значительного неврологического восстановления". Проблемы и осторожность на пути к клиническим испытаниям на людях Последствия этого открытия огромны. Повреждения спинного мозга, которые часто являются необратимыми, могут получить пользу от этой инновационной генной терапии. Несмотря на то, что эксперименты проводились на мышах, ученые с оптимизмом смотрят на возможность применения этого метода на людях, что дает реальную надежду миллионам парализованных людей.
До сих пор не удавалось выяснить, как именно это происходит, а без такого понимания феномен оставался не более чем любопытным фактом. Как объясняет Такеока, «понимание основного механизма очень важно, если мы хотим понять основы автоматизма движений у здоровых людей и использовать эти знания для реабилитации пациентов с травмами позвоночника». Прежде чем перейти к изучению нейронных связей, исследователи разработали экспериментальную установку, которая позволила им изучить процесс адаптации спинного мозга мыши. Под процессом понимается как обучение, так и запоминание без участия головного мозга. В каждом тесте участвовали экспериментальная и контрольная мыши, чьи задние лапы свободно свисали. Если задняя лапа экспериментальной мыши опускалась слишком низко, она получала электрическую стимуляцию, импульс, которого мышь хотела бы избежать. Контрольная мышь получала такую же стимуляцию в то же время, но без привязки к положению ее задней лапы. Уже через 10 минут наблюдались результаты моторного обучения, но только у подопытных мышей: их лапки оставались высоко поднятыми, избегая электрической стимуляции.
Недавние исследования показали , что восстановить движения после травмы спинного мозга способна эпидуральная электрическая стимуляция — для такой терапии пациентам вживляют в спинной мозг небольшой генератор электрических импульсов, направляющий сигнал в задние корешки поясничного отдела спинного мозга. Стимуляция позволяет немедленно восстановить функцию двигательных сетей и позволяет пациентам вновь ходить. Однако биологические принципы, по которым работает такая терапия до сих пор не исследованы. Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны под руководством Клаудии Кате Claudia Kathe предположили, что электростимуляция воздействует на еще неисследованные нейроны, которые начинают участвовать в ходьбе лишь при восстановлении от паралича. Эту гипотезу поддержали и данные, полученные учеными — в клиническом испытании терапии нейронная активность в поясничных сегментах спинного мозга падала, а не возрастала. Это позволило предположить, что восстановлением активности после паралича занимается другая группа нейронов, которая не выполняет рутинную двигательную функцию. Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи создали мышиную модель травмы спинного мозга, а также и терапевтическую систему стимуляции и механической поддержки веса тела при ходьбе. Чтобы исследовать, как нейроны мышей реагируют на терапию, ученые создали целый атлас клеток, основанный на экспрессии их генов и расположении в спинном мозге.
Сейчас мы способны утвердительно ответить на этот вопрос. Путь к реабилитации предлагает индустрия нейропротезирования. Блог FirstVDS уже писал о современной бионике. Мы освещали бионическое протезирование конечностей , глаз , ушей , немного коснулись искусственного производства внутренних органов методом биопринтинга. В контексте сегодняшнего материала всё куда сложнее. Нервная система биологична, высокоорганизованна и подчиняется законам кибернетики. Она работает на каскадах электрохимических процессов в нейронах. Нервные сети накладываются друг на друга, порой самым неочевидным образом. Они сильно подвержены индивидуальной изменчивости. После нашего экскурса в анатомию читатель видит, насколько сложная задача стоит перед производителями спинномозговых имплантатов. Если рука или даже глаз кое-как согласны мириться с бионикой, то полностью помирить мозг и металл ещё никому не удалось. Впрочем, существует несколько обходных тропинок. В XXI веке мы не способны заменить головной или спинной мозг, но можем помочь электрическим импульсам в прохождении места разрыва. Этот материал создавался на основе статьи « Walking naturally after spinal cord injury using a brain—spine interface », опубликованной в журнале «NATURE» 24 мая 2023 года. В ходе исследования учёные смогли восстановить активные движения ног с помощью спинномозгового электростимулятора. Он представляет собой цифровой мост, установленный в эпидуральном пространстве. Спинной мозг оплетён тремя оболочками: твёрдой, мягкой и паутинной. Твёрдая мозговая оболочка, она же dura mater, является вторым защитным звеном после костей. Установив имплантат на неё, можно добиться непосредственного контакта стимулятора с мозгом. Мост восстанавливает контакт между корой головного мозга и отделами ЦНС, находящимися ниже места разрыва. Благодаря имплантату человек возвращает способность ходить, избегать препятствий и даже подниматься по лестнице. Схема спинномозгового имплантата Два кортикальных имплантата состоят из 64 электродов. Электронные компоненты окружены корпусом из титанового сплава. Этот материал биологически инертен и практически невидим для иммунной системы. Внутренняя поверхность имплантата плоская. Она несёт матрицу из 64 платиново-иридиевых электродов диаметром в 2 мм с шагом в 4,5 мм. Так обеспечивается первый этап: запись сигнала, его регистрация и модуляция. Подробнее об этих вопросах будет рассказано в следующей части статьи. Программная составляющая кодирует и модулирует сигналы. Впоследствии они отправляются к имплантируемому генератору импульсов. Имплантируемый генератор импульсов общается с пояснично-крестцовым отделом позвоночника с помощью 16 электродов. Они выполняют селективную активацию скелетной мускулатуры. Кортикальный имплантат состоит из 2 блоков по 64 электрода. Носимый процессор выступает электрическими мозгами системы. Многие сложные процедуры обработки данных выполняются именно этой частью нейроимплантата. Здесь видны данные МРТ. Красным обозначены кортикальные поля, ответственные за движение. Справа можно увидеть две круглые структуры. Так выглядят кортикальные имплантаты, «сидящие» на головном мозге. Для эффективной установки спинального имплантата нужно знать особенности индивидуальной анатомии. Красными прямоугольниками обозначены 16 электродов, стоящие на уровне 11 грудного и 1 поясничного позвонка. Мозговая бионика имеет свои особенности. Организм воспринимает имплантат как чужеродного агента, запуская реакции воспаления. Этот недостаток обходится путём использования биологически инертных материалов. Иридий, титан и платина относятся именно к ним. Следующий вопрос: как обеспечить бесперебойное питание электроники и её связь с внешней гарнитурой? Провода использовать нельзя. Любая магистраль, идущая к мозгу через кости черепа и твёрдую оболочку, будет выступать открытыми воротами для инфекции. Инженерная проблема была решена с помощью двух антенн, спрятанных в силиконовый кожух. Первая, использующая частоту в 13,56 МГц, питает имплантированную электронику по механизму индуктивной связи. Похожим образом работают беспроводные зарядки современных смартфонов. Напомним, что электрическое и магнитное поле не существуют друг без друга. Это всё грани единого электромагнитного поля. При прохождении электрического тока через индукционную катушку появляется магнитное поле. Одновременно с этим параллельно ему формируется электрическое поле. Параллельно электрическому полю возникает магнитное — и так со скоростью света в бесконечность. Технически продвинутый читатель уже догадался, что речь идёт о волне. Живые ткани прозрачны для многих видов электромагнитных волн. Естественно, их можно и нужно ловить, как это делают имплантированные модули нейростимулятора. Вторая, ультравысокочастотная антенна на 405 МГц, общается с базовой станцией и блоком обработки данных в режиме реального времени. Таким образом сигналы с коры попадают на компьютерную периферию, где осуществляется интерпретация нервных импульсов на язык электроники, а также «предсказываются» будущие движения. Подробнее о том, как это происходит, будет сказано чуть ниже. Программное обеспечение процессора анализирует декодированные сигналы с коры головного мозга. Серьёзная проблема всей бионики — это шум. Нервная система порождает огромное количество сигналов, и далеко не каждый из них имеет отношение к делу. Прежде чем декодировать сигнал, следует сперва отделить «мух от котлет». Алгоритмы потоковой обработки данных сортируют поступившую информацию согласно её релевантности. За счёт использования современных материалов и правильного исполнения нейрохирургической операции величина входного приведённого шума составляет всего лишь 0,7 мкВ по среднеквадратичному отклонению.
Ученых заинтересовал спинной мозг в контексте проблем с памятью после COVID-19
Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Гарвардского университета провели исследование, которое может иметь огромное значение для восстановления спинного мозга после травмы. Исследователи из Калифорнийского университета (University of California) опубликовали результаты своих экспериментов — им удалось восстановить целостность спинного мозга крыс с помощью нейронов, полученных из стволовых клеток. «Функциональность имплантов спинного мозга была изучена с использованием тестов in vivo на лабораторных животных, которые показали высокую эффективность предлагаемой технологии для мониторинга и стимуляции нейрональной активности у млекопитающих».
Починить спинной мозг: новые терапии на грани фантастики
| Молодой нейрохирург РКБ впервые в Татарстане провел уникальную операцию на спинном мозге | MedAboutMe Новости. Целью исследователей было заставить расти в нужном направлении аксоны – отростки нервных клеток, которые и составляют спинной мозг. |
| Life78 показал, как пациенты с травмой спинного мозга начинают ходить | Сайт для специалистов и больных по проблеме травматической болезни спинного мозга. Клиника, диагностика, лечение, реабилитация. Новейшие достижения и перспективы исследования. |
Новое открытие учёных о спинном мозге
Теперь нейробиологи восстановили связи так, чтобы волокна соединялись с поврежденными зонами. Исследователи провели опыт на мышах с относительно легкими травмами, а также на грызуне с серьезным повреждением спинного мозга. РИА Новости: Бойцы ВС РФ спаслись от дронов ВСУ на машине с "Волнорезом". Z-новости. В РФ создали препарат со стволовыми клетками для лечения травмы спинного мозга.
Симптоматика
- Прорыв в лечении поврежденного спинного мозга
- О разработке:
- Главный онколог «СМ-Клиника» об опухолях спинного мозга
- Информация
- Вести с полей: спинной мозг и движение
Спинной мозг подсоединили к головному и вернули человеку с травмой позвоночника подвижность
До начала разработки импланта изначально они обнаружили новое место для стимуляции, которое располагается очень близко к важнейшим мотонейронам спинного мозга и одновременно доступно без хирургического вмешательства. Израильские ученые разработали имплант спинного мозга из человеческих клеток для парализованных мышей. Однако оказалось, что в выражении «думать спинным мозгом» есть рациональное зерно, что является хорошей новостью для людей с травмами этого органа. Основные функции спинного мозга – это управление простыми двигательными рефлексами.
Израильская компания представила инновационный метод лечения травм спинного мозга
- Человеческому мозгу вернули контроль над парализованными ногами | Наука и жизнь
- Парализованный мужчина начал ходить с помощью "моста" между головой и спинным мозгом
- Ученые создали имплант спинного мозга — он вылечил 80 процентов случаев хронического паралича мышей
- Спинной мозг подсоединили к головному и вернули человеку с травмой позвоночника подвижность
Человеческому мозгу вернули контроль над парализованными ногами
Подробнее здесь. Вышло портативное устройство для поддержки дыхания пациентов с травмами спинного мозга 5 апреля 2023 года американская компания Synapse Biomedical сообщила о выходе системы стимуляции диафрагмы NeuRx NeuRx DPS , предназначенной для пациентов с травмами спинного мозга, которым требуется искусственная вентиляция лёгких ИВЛ. На 2020 г ученые до сих пор не могут досконально объяснить, как же нарушение работы спинного мозга влияет на исчезновение волос на теле.
Первый размещен над областью мозга, отвечающей за управление движениями ног, и может декодировать электрические сигналы, возникающие, когда мы думаем о ходьбе.
Аналогичным образом второй имплантат размещается над частью спинного мозга, которая управляет ногами. Ученые заявили, что революционная технология "превращает мысли в действия", восстанавливая нарушенную связь между головным мозгом и областью спинного мозга, контролирующей движения. Первым пациентом стал 40-летний голландец, инженер Герт-Ян Оскам, который получил травму спинного мозга после аварии на велосипеде во время работы в Китае в 2011 году.
Он остался парализованным, но уже через несколько дней после того, как хирурги откалибровали имплантаты, он заметил улучшения. В течение пяти минут я мог управлять своими бедрами". Герт-Ян Оскам С тех пор, после долгих тренировок, пациент смог ходить, подниматься по лестнице и преодолевать пандусы.
Вводимый через шприц имплант восстановил подвижность у мышей с параличом Светлана Маслова28 ноября 2023 г. Спинальный стимулятор вводится с помощью обычной инъекции и быстро приводит к значимым результатам. Новый подход может облегчить реабилитацию пациентов и существенно снизить стоимость лечения. Подпишитесь , чтобы быть в курсе. Существующие сегодня спинальные стимуляторы имплантируются либо в дорсональную поверхность спинного мозга, либо непосредственно в ткань позвоночника.
Помимо того, что импланты позволили восстановить повреждённые связи в центральной нервной системе, они выполняли ещё одну важную роль. Чем больше они использовались пациентом, тем лучше была его способность ходить. По мнению исследователей, это хороший признак того, что по крайней мере некоторые из его нейронов реорганизовались для восстановления связи. Спустя год тренировок имплантаты позволили Герту-Яну ходить и стоять более естественно, без дополнительных датчиков движения, которые использовались в ранее протестированных технологиях для стимуляции движения. Он мог подниматься по лестнице и преодолевать некоторые препятствия. Ключевым моментом во всей этой системе являются ряд алгоритмов искусственного интеллекта, способных адаптироваться и обучаться.
Новое открытие учёных о спинном мозге
Все новости Лента новостей Hardware Software События в мире В мире игр IT рынок Новости сайта. С начала 2023 года в клинике реабилитации ФГБУ «НМХЦ им. Н.И. Пирогова» МЗ РФ проводится исследование: «Эффективность функциональных и силовых тренажеров Ильясова в реабилитации пациентов после травмы шейного отдела спинного мозга». Медновости. Гипотезы и открытия. Ученых заинтересовал спинной мозг в контексте проблем с памятью после COVID-19. Потому что через так называемый гематоэнцефалический барьер, который отделяет мозг от кровотока, проникают не все противовирусные лекарства. «Функциональность имплантов спинного мозга была изучена с использованием тестов in vivo на лабораторных животных, которые показали высокую эффективность предлагаемой технологии для мониторинга и стимуляции нейрональной активности у млекопитающих». Теперь же с помощью цифрового моста — электродов, помещаемых между спинным мозгом и позвоночником и имитирующих сигналы, которые поступают от головного мозга — был совершен прорыв в медицине.
Травматическое повреждение спинного мозга (Continuum, февраль 2024)
| Спинной мозг - лечение воспалительных и др. заболеваний спинного мозга | Работа лишь одной субпопуляции нейронов спинного мозга помогла пациентам с параличом снова двигаться. Для терапии травм спинного мозга авторы статьи, использовали электростимуляцию клеток поясничного отдела. |
| Как лечить парализованных больных: открытие ученых | 360° | Немецкие ученые научились восстанавливать спинной мозг: последние новости 2021 года. Ученые нашли способ восстановления ходьбы после повреждения спинного мозга —. |
| Молодой нейрохирург РКБ впервые в Татарстане провел уникальную операцию на спинном мозге | После нанесения этим подопытным мышам травм с повреждением спинного мозга в их эпендимальных клетках включалась программа превращения в олигодендроциты, которые затем мигрировали в места демиелинизации аксонов и ремиелинизировали их. |
| Российский нейроимплант поможет двигаться пациентам с травмами спинного мозга - ФармМедПром | Все новости Лента новостей Hardware Software События в мире В мире игр IT рынок Новости сайта. |
Спинной мозг
Жильё предоставляется, Размер заработной платы зависит от квалификационной категории, стажа, итогов работы и т. Жильё не предоставляется, Возможна профессиональная переподготовка за счет средств медицинской организации 8332 410060 доб. Жильё предоставляется, Указанная заработная плата включает должностной оклад, стимулирующие, компенсационные выплаты на основании положения по оплате труда учреждения, Специальные социальные выплаты-14,5 тыс. Жильё не предоставляется, конкретная заработная плата зависит от наличия квалификационной категории, стажа непрерывной работы, научного звания, социальный пакет оплачиваемый основной и дополнительный отпуск, больничный, отчисление в различные фонды, включая ПФ РФ, компенсация платы за частный детский сад , профессиональная переподготовка по специальности «Гематология» за счет Работодателя 8332 620992.
Многие сложные процедуры обработки данных выполняются именно этой частью нейроимплантата.
Здесь видны данные МРТ. Красным обозначены кортикальные поля, ответственные за движение. Справа можно увидеть две круглые структуры. Так выглядят кортикальные имплантаты, «сидящие» на головном мозге.
Для эффективной установки спинального имплантата нужно знать особенности индивидуальной анатомии. Красными прямоугольниками обозначены 16 электродов, стоящие на уровне 11 грудного и 1 поясничного позвонка. Мозговая бионика имеет свои особенности. Организм воспринимает имплантат как чужеродного агента, запуская реакции воспаления.
Этот недостаток обходится путём использования биологически инертных материалов. Иридий, титан и платина относятся именно к ним. Следующий вопрос: как обеспечить бесперебойное питание электроники и её связь с внешней гарнитурой? Провода использовать нельзя.
Любая магистраль, идущая к мозгу через кости черепа и твёрдую оболочку, будет выступать открытыми воротами для инфекции. Инженерная проблема была решена с помощью двух антенн, спрятанных в силиконовый кожух. Первая, использующая частоту в 13,56 МГц, питает имплантированную электронику по механизму индуктивной связи. Похожим образом работают беспроводные зарядки современных смартфонов.
Напомним, что электрическое и магнитное поле не существуют друг без друга. Это всё грани единого электромагнитного поля. При прохождении электрического тока через индукционную катушку появляется магнитное поле. Одновременно с этим параллельно ему формируется электрическое поле.
Параллельно электрическому полю возникает магнитное — и так со скоростью света в бесконечность. Технически продвинутый читатель уже догадался, что речь идёт о волне. Живые ткани прозрачны для многих видов электромагнитных волн. Естественно, их можно и нужно ловить, как это делают имплантированные модули нейростимулятора.
Вторая, ультравысокочастотная антенна на 405 МГц, общается с базовой станцией и блоком обработки данных в режиме реального времени. Таким образом сигналы с коры попадают на компьютерную периферию, где осуществляется интерпретация нервных импульсов на язык электроники, а также «предсказываются» будущие движения. Подробнее о том, как это происходит, будет сказано чуть ниже. Программное обеспечение процессора анализирует декодированные сигналы с коры головного мозга.
Серьёзная проблема всей бионики — это шум. Нервная система порождает огромное количество сигналов, и далеко не каждый из них имеет отношение к делу. Прежде чем декодировать сигнал, следует сперва отделить «мух от котлет». Алгоритмы потоковой обработки данных сортируют поступившую информацию согласно её релевантности.
За счёт использования современных материалов и правильного исполнения нейрохирургической операции величина входного приведённого шума составляет всего лишь 0,7 мкВ по среднеквадратичному отклонению. Схожие системы применяют для стимуляции головного мозга у пациентов, страдающих болезнью Паркинсона. Научная группа модифицировала устройство, добавив к нему модули беспроводной связи. Задержка между импульсом с головного мозга и эпидуральной стимуляцией составляет 100 мс.
С учётом того, что технология предназначена для восстановления привычных движений, такой «лаг» не выглядит слишком долгим. В конце концов, речь идёт не о спортивных рекордах, а возможности встать с койки. Аппаратный и программный модуль работают как единая интегрированная цепочка. Между головным и спинным мозгом образуется цифровой мост.
Последний участник звена — имплантируемый генератор импульсов Specify 5-6-5, состоящий из массива на 16 электродов. Корковые сигналы проходят через процедуры модуляции, преобразуясь в аналоговые команды. Имплантат проводит их к задним корешкам спинного мозга. Уже оттуда сформированная команда достигает мышц нижних конечностей.
Программная часть. Аспекты декодирования Электрическую активность сенсомоторной коры головного мозга регистрируют по 32 каналам с частотой 586 Гц. Диапазоном полосовой фильтрации стал промежуток между 1 и 300 Гц. Именно в нём скрыты данные, необходимые для иннервации нижних конечностей.
Как выявить намерение к движению? Эту работу выполняет алгоритм рекурсивной экспоненциально-взвешенной мультилинейной модели марковского переключения. В её состав входит классификатор скрытой марковской модели и набор независимых регрессионных моделей. При возникновении намерения к движению происходит активация сенсомоторной коры головного мозга, которую возможно считать с помощью электродов.
Каждая из регрессионных моделей осуществляет контроль над целыми группами степеней свободы конечностей. Дело в том, что нога или рука — не просто рычаг. В своей работе он подчиняется законам биомеханики. Любое движение возможно лишь при согласованной работе множества звеньев.
К ним относят суставы, мышцы, сухожилия и сенсорную иннервацию от механо- и проприорецепторов. Человек не смотрит на ноги, когда ходит. Мы и так знаем, какое положение занимает тело. Мы спокойно выполняем движения вслепую, не полагаясь на зрение.
Это возможно благодаря тому, что на аппаратной части головного и спинного мозга непрерывно крутятся скрипты, отвечающие за восприятие схемы тела. Подробнее мы рассказывали в предыдущей статье. Если коротко, мозг не контактирует с реальностью напрямую. Он создаёт абстрактную схему тела, которая выступает прокси-моделью организма.
Чем активнее мы пользуемся тем или иным органом, тем ярче будут выражены соответствующие нейронные поля в коре. Классификатор на основе НММ выполняет важную работу. Он оценивает вероятность активации конечности под конкретное движение.
Нейроимплантаты прошли испытания и доказали эффективность на клеточных культурах. В ближайшее время разработчика нейроимпланта продолжат его исследования на лабораторных животных. Ранее в октябре 2023 года ученые Нижегородского университета представили свою новую разработку — технологию создания нейропротезов. Ученые полагают что замещение поврежденного участка головного мозга, отвечающего за память, эмоции и внимание, электронными нейронами способно восстановить работу мозга после травм и активизировать запоминание. В декабре 2023 года сообщалось о создании в Федеральном центре мозга и нейротехнологий отечественного препарата со стволовыми клетками.
Более того, пациенты смогли управлять еще и интенсивностью движений, и силой сокращения мышц. Долгосрочные наблюдения за больными, получавшими электродную стимуляцию, позволили убедиться, что после терапии человек действительно может самостоятельно ходить, используя дополнительную поддержку поручни, опоры только для сохранения баланса. Она пока очень дорогостоящая и используется в научных, а не клинических целях. Кроме того, отечественными учеными разработан метод неинвазивной стимуляции нейронов спинного мозга с помощью накожных электродов. Накожная стимуляция позволяет не так избирательно, но все-таки активировать разные части нейронной сети в спинном мозге. Этот подход имеет все шансы войти в клиническую практику для восстановления пациентов с локомоторными нарушениями», — подвел итог Юрий Петрович Герасименко. Текст: Виталина Власова Съезд организован Физиологическим обществом им. Павлова и Институтом эволюционной физиологии и биохимии им.
Ученые КФУ изучают эффективные способы помощи пациентам с травмой спинного мозга
В ней особо подчеркиваются важные знания для неврологов, которые сталкиваются с пациентами с такими сложными травмами. Достижения в области инструментария для лечения позвоночника улучшили хирургическое лечение переломов позвоночника и возможность лечения пациентов с механической нестабильностью позвоночника. Клинические данные свидетельствуют в пользу проведения ранней хирургической декомпрессии и стабилизации позвоночника в течение 24 часов после травматических повреждений спинного мозга, независимо от тяжести или локализации травмы. Нет данных, подтверждающих использование нейропротекторных методов лечения для улучшения результатов у пациентов с травматическими повреждениями спинного мозга.
Имплантаты подвергаются 30-дневному процессу дифференцировки, который имитирует эмбриональное развитие СК. Полученные имплантаты нейронов СК, являются полностью аутологичными, и могут быть имплантированы пациенту.
Дифференцированные имплантаты моторных нейронов СК сначала были охарактеризованы in vitro. Затем терапевтический потенциал этих имплантатов был оценен в моделях острой и хронической травмы при гемисекции. Были изучены молекулярные, поведенческие и анатомические аспекты. В настоящее время технология продолжает развиваться в компании Matricelf. Впервые в мире исследователи из Центра регенеративной биотехнологии Sagol при Тель-Авивском университете создали трехмерные ткани спинного мозга человека и имплантировали их в лабораторную модель с длительным хроническим параличом.
Теперь исследователи готовятся к следующему этапу исследования: клиническим испытаниям на пациентах.
Много лет назад сотрудники Федеральной политехнической школы Лозанны вместе с коллегами из других научных центров начали экспериментировать с такой стимуляцией. Мы неоднократно писали об этих экспериментах. Когда мы говорим «стимуляция спинного мозга», нужно помнить, насколько непросто простимулировать спинномозговые нейроны так, чтобы получить правильную последовательность движений. Если мы представим, как двигается наша нога, то быстро поймём, что активность нейронов и групп нейронов , управляющих движением, будет довольно сложной: они будут включаться по очереди, постоянно «прислушиваясь» к тому, что во время выполняемого движения происходит с ногой, с её мышцами.
Стимулировать спинной мозг будет специальный имплантат, который нужно снабдить обратной связью: его электроды должны включаться и выключаться в соответствии с тем, как движется нога. А для этого нужно учитывать не только движение ноги самой по себе, но и положение тела в пространстве. Можно представить, насколько сложными должны быть алгоритмы, которые рассчитывают импульсы, подаваемые имплантатом на спинной мозг. После того, как «крысиные» эксперименты со спинномозговой стимуляцией прошли успешно, этот метод использовали с тремя добровольцами, которые когда-то получили травмы позвоночника и последние годы провели в инвалидных колясках. Спустя пять месяцев тренировок со стимулятором спинного мозга все трое уже ходили на собственных ногах.
Но, как легко понять, чтобы начать ходить, стимулятор нужно сначала запустить. Речь не обязательно о кнопке на пульте управления.
Эту работу выполняет алгоритм рекурсивной экспоненциально-взвешенной мультилинейной модели марковского переключения.
В её состав входит классификатор скрытой марковской модели и набор независимых регрессионных моделей. При возникновении намерения к движению происходит активация сенсомоторной коры головного мозга, которую возможно считать с помощью электродов. Каждая из регрессионных моделей осуществляет контроль над целыми группами степеней свободы конечностей.
Дело в том, что нога или рука — не просто рычаг. В своей работе он подчиняется законам биомеханики. Любое движение возможно лишь при согласованной работе множества звеньев.
К ним относят суставы, мышцы, сухожилия и сенсорную иннервацию от механо- и проприорецепторов. Человек не смотрит на ноги, когда ходит. Мы и так знаем, какое положение занимает тело.
Мы спокойно выполняем движения вслепую, не полагаясь на зрение. Это возможно благодаря тому, что на аппаратной части головного и спинного мозга непрерывно крутятся скрипты, отвечающие за восприятие схемы тела. Подробнее мы рассказывали в предыдущей статье.
Если коротко, мозг не контактирует с реальностью напрямую. Он создаёт абстрактную схему тела, которая выступает прокси-моделью организма. Чем активнее мы пользуемся тем или иным органом, тем ярче будут выражены соответствующие нейронные поля в коре.
Классификатор на основе НММ выполняет важную работу. Он оценивает вероятность активации конечности под конкретное движение. Гипотеза цепей Маркова выступает математическим аппаратом, благодаря которому возможно просчитывать непрерывные и динамические движения.
Каждое новое состояние будет проистекать из предыдущего с внесением правок от коры головного мозга. Разумеется, это вполне возможно предсказать средствами современной математики. Классификатор НММ учитывает вероятность выброса и перехода нескольких переменных.
К ним относится бедро, колено и лодыжка по отдельности, вместе или во всех возможных комбинациях плюс состояние покоя. Здесь модель немного упрощена, ведь человек не может одновременно шагать правой и левой ногой. Калибровка декодера осуществляется в режиме онлайн, базируясь на прошлых состояниях массива данных.
Модель, контролирующая сгибание бедренных суставов во время ходьбы, самообучалась гарантированно предсказывать статус нижних конечностей после 30 повторений стереотипного движения. Но даже этого мало. Чтобы эффективно выполнить движение, имплантат должен непрерывно держать контакт со скелетной мускулатурой.
При спинальной травме головной мозг не получает сигналов от органов-исполнителей. Эта работа ложится на бионику. Электрическую активность считывают методом электромиографии со множества мышц нижней конечности.
Биполярные электроды Delsys Trygno устанавливают на подвздошно-поясничную, прямую, полусухожильную, латеральную широкую, переднюю большеберцовую и прочие мышцы ноги. Каждую пару электродов ставили на брюшко мышцы, ориентировав продольно по ходу волокон. Компьютер регистрирует непрерывные ЭМГ-сигналы на частоте 2 кГц с полосовой фильтрацией в диапазоне 20-450 Гц.
Ещё одна пара электромиографических электродов стала над позвоночником между грудным и поясничным отделом. Она отсекает артефакты стимуляции, позволяя процессору работать с чистым сигналом. Нейротехнологии в обычной жизни Используя спинномозговой интерфейс, участник эксперимента смог стоять и ходить.
Разумеется, этот факт открыл дорогу к использованию нейроимплантатов не только в условиях лаборатории, но и дома. Интегрированная система состоит из умных «ходунков». На них расположен ноутбук, соединённый через USB с базовой станцией.
От неё запитаны все имплантаты. Коннектор в гарнитуре интегрирован с антеннами, упомянутыми в предыдущих абзацах. Человек общается с аппаратно-программной частью устройства с помощью адаптивного тактильного интерфейса.
Время динамической калибровки занимает менее 5 минут с минимальным вмешательством человека. Запуск алгоритмов, калибровка и локальное изменение двигательной модели происходит средствами программной оболочки. ПО приняло на себя самую тяжелую работу, позволив пациенту не отвлекаться от самой важной задачи: реабилитации.
В нашем случае пациент смог покинуть кресло-каталку и одолеть лестницу, не приспособленную для людей с ограниченными возможностями. Физические принципы, направленные на восстановление иннервации у спинальных пациентов, доказали свою эффективность у двух групп людей. К первой относятся пациенты с неполным сенсомоторным блоком.
У них изначально были проводящие пути и нормальная скелетная мускулатура, но эффективной передаче импульса препятствовал локус травмы. В этом случае цифровой мост облегчал прохождение электрохимического сигнала. Со второй группой ситуация немного сложнее.
Это люди с полным сенсомоторным блоком. У них полностью разрушен канал передачи данных между головным и спинным мозгом. Авторы оригинального исследования приводят данные, что с помощью цифрового моста им удалось добиться уверенного хождения у трёх добровольцев с полным сенсомоторным блоком.
Судя по всему, они перенесли травму относительно недавно, раз их спинной мозг ещё помнил, как правильно иннервировать ноги. На данный момент можно выделить три основных ограничения в применении и массовом внедрении нейроимплантатов. Мы не будем останавливаться на экономических составляющих вроде стоимости оборудования и производства, технологической базы государства, наличия профильных специалистов и платёжеспособности клиента.
Эти аспекты понятны и так. Параметры стимуляции должны быть точно подогнаны под целевую мускулатуру и выполнение конкретной задачи. Начало стимуляции должно идеально совпадать с возникновением электрической активности в сенсомоторной коре головного мозга, которое мы считаем намерением к движению.
В конце концов, без верной модуляции будет невозможно подобрать нужную амплитуду сигналов. По идее, спинномозговой интерфейс обходит все три ограничения. Его преимущество в том, что «родные» пути нервной системы и протезные тропинки сходятся на одних и тех же нейронах, которые сами ждут команды к действию.
В ответ на работу нейроимплантатов начинается реорганизация нейронных сетей. Организм старается максимально привыкнуть к новым сигналам и учится давать на них адекватный ответ. В статье от «Nature» можно увидеть сведения о том, что некоторые пациенты с тотальной плегией научились поднимать ногу в бедре.
Это уже прогресс, ведь такой человек, ранее прикованный к инвалидному креслу, теперь способен ходить на костылях.