Новый нейростимулятор адаптируется к походке, облегчая симптомы болезни Паркинсона
Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) разработали новый тип неврологического кардиостимулятора, который в реальном времени адаптируется к походке пациента. Это устройство может стать решением одной из наиболее сложных и трудноизлечимых проблем болезни Паркинсона — нарушений походки.
Более 10 миллионов человек по всему миру страдают от болезни Паркинсона. Глубокая стимуляция мозга (DBS) показала свою эффективность в улучшении таких симптомов, как тремор, скованность и замедленность движений, но её воздействие на походку оставалось ограниченным.
Исследователи полагают, что это связано с тем, что ходьба — это крайне динамичное действие, требующее точной синхронизации работы обеих сторон тела. Поскольку походка человека постоянно меняется, фиксированный шаблон стимуляции, применяемый обычными DBS-системами, не может адекватно отражать быструю координацию между мозгом, спинным мозгом и мышцами, необходимую для ходьбы.
Принцип работы адаптивной стимуляции мозга
Подобно тому, как кардиостимулятор реагирует на ритм сердца, имплантированная учёными персонализированная адаптивная система глубокой стимуляции мозга (aDBS) реагирует на ритм ходьбы. Она способна обнаруживать специфические нейронные сигналы, соответствующие различным фазам походки, включая движение левой или правой ноги, и автоматически корректировать стимуляцию в течение долей секунды.
Нейрохирург Дорис Д. Ванг из UCSF отметила, что ранние результаты исследования обнадёживают. В ходе лабораторных испытаний система aDBS улучшила симметрию походки и уменьшила изменчивость шагов. Участники исследования сообщили о сокращении числа падений в повседневной жизни, при этом сохраняя общий контроль над симптомами болезни Паркинсона.
Наиболее убедительным подтверждением эффективности стало то, что пациенты, испытавшие обе терапии (традиционную и адаптивную) в домашних условиях в слепом режиме, после завершения испытаний выбирали продолжение использования адаптивной DBS более чем на год.
Одним из наиболее интересных открытий стало то, что, хотя у многих пациентов наблюдались изменения в схожих частотных диапазонах, оптимальные сигналы и места их регистрации значительно различались у разных людей.
По словам Ванг, у некоторых пациентов наиболее информативные сигналы поступали из коры головного мозга, тогда как у других — из базальных ганглиев (подкорковых структур, играющих важную роль в контроле движений). Это подчёркивает важный принцип для будущих нейромодуляционных терапий: маловероятно, что будет существовать единый биомаркер, подходящий для всех. Вместо этого, вероятно, потребуются персонализированные подходы, которые будут выявлять и реагировать на уникальные нейронные сигнатуры каждого пациента.
Перспективы и вызовы внедрения
Исследование было проведено всего с пятью участниками, поэтому для полного понимания того, как эти алгоритмы работают в разнообразных группах пациентов, на различных стадиях болезни Паркинсона и при разных нарушениях походки, необходимы более масштабные исследования. Конечная цель — создать адаптивные системы, которые могут постоянно персонализировать терапию по мере изменения симптомов и потребностей пациентов со временем.
Система aDBS в текущем виде также использует дополнительные исследовательские электроды и специализированное экспериментальное устройство, которые не входят в стандартную клиническую терапию глубокой стимуляции мозга.
Будущие версии должны будут достигать аналогичной производительности, используя коммерчески доступное оборудование и сигналы, которые можно регистрировать с помощью рутинно имплантируемых электродов, заявляют учёные.
Кроме того, специфичные для пациента биомаркеры (показатели, указывающие на биологические процессы в организме) были выявлены в ходе детального клинического тестирования. Для того чтобы эта технология стала широко применимой, устройствам потребуется автоматически обнаруживать и адаптироваться к нейронным сигнатурам индивидуума с минимальным вмешательством врача.
Следующие шаги и потенциал технологии
- Идентификация биомаркеров, связанных с походкой, которые можно обнаружить без дополнительных электродов.
- Разработка автоматизированных методов обнаружения биомаркеров.
- Проведение более крупных многоцентровых исследований для оценки долгосрочной безопасности, эффективности и пользы для пациентов.
Базовая концепция простирается далеко за пределы лечения нарушений походки. Болезнь Паркинсона влияет на многие сферы функционирования, включая сон, когнитивные способности, настроение и другие двигательные симптомы. В принципе, адаптивная стимуляция может быть разработана для обнаружения нейронных сигнатур, связанных с этими состояниями, и для проведения терапии только тогда, когда это необходимо.
Эта платформа также предоставляет основу для лечения других расстройств мозга с использованием обратной связи в реальном времени от самой нервной системы. Аналогичные подходы уже исследуются для таких состояний, как обсессивно-компульсивное расстройство, депрессия, эпилепсия, хроническая боль и другие нервно-психические расстройства. Учёные считают, что это исследование является частью более масштабного сдвига в сторону интеллектуальных нейромодуляционных систем, которые непрерывно адаптируются к изменяющемуся состоянию мозга пациента.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Medicine.
