Группа исследователей под руководством Джейкоба Робинсона из Университета Райса и Питера Кана из Медицинского отделения Техасского университета разработала методику диагностики, управления и лечения неврологических расстройств с минимальными хирургическими рисками. Результаты работы группы были опубликованы в журнале Nature Biomedical Engineering.

В то время как традиционные подходы к взаимодействию с нервной системой часто требуют создания отверстия в черепе для взаимодействия с мозгом, исследователи разработали инновационный метод, известный как эндоцистернальные интерфейсы (ECI), позволяющий осуществлять электрическую регистрацию и стимуляцию нейронных структур, включая головной и спинной мозг, через спинномозговую жидкость (СМЖ).

«Используя ECI, мы можем получить доступ к нескольким структурам головного и спинного мозга одновременно, не вскрывая череп, что снижает риск осложнений, связанных с традиционными хирургическими методами», — сказал Робинсон, профессор электротехники, вычислительной техники и биоинженерии.

ECI использует СМЖ, которая окружает нервную систему, как путь для доставки целевых устройств. Выполняя простую люмбальную пункцию в нижней части спины, исследователи могут провести гибкий катетер для доступа к головному и спинному мозгу.

Используя миниатюрную магнитоэлектрическую биоэлектронику, вся беспроводная система может быть развернута посредством небольшой чрескожной процедуры. Гибкие катетерные электроды могут свободно перемещаться от спинномозгового субарахноидального пространства до желудочков мозга.

«Это первая описанная методика, которая позволяет нейронному интерфейсу одновременно получать доступ к головному и спинному мозгу посредством простой и минимально инвазивной люмбальной пункции», — сказал Кан, профессор и заведующий кафедрой нейрохирургии Роберта Л. Муди-старшего в UTMB. «Она открывает новые возможности для терапии при реабилитации после инсульта, мониторинге эпилепсии и других неврологических приложениях».

Для проверки гипотезы исследовательская группа охарактеризовала эндоцистернальное пространство и измерила ширину субарахноидального или заполненного жидкостью пространства у пациентов-людей с помощью магнитно-резонансной томографии. Затем исследователи провели эксперименты на крупных животных моделях, в частности овцах, чтобы подтвердить осуществимость нового нейронного интерфейса.

Их эксперименты показали, что электроды катетера можно успешно доставить и направить в желудочковые пространства и поверхность мозга для электрической стимуляции. Используя магнитоэлектрический имплантат, исследователи смогли записать электрофизиологические сигналы, такие как активация мышц и потенциалы спинного мозга.

Предварительные результаты испытаний безопасности показали, что ECI сохранял работоспособность с минимальными повреждениями в течение 30 дней после хронической имплантации электронного устройства в мозг.

Более того, исследование показало, что в отличие от эндоваскулярных нейронных интерфейсов, которые требуют применения антитромботических препаратов и ограничены небольшим размером и расположением кровеносных сосудов, ECI обеспечивает более широкий доступ к нейронным мишеням без применения лекарств.

«Эта технология создает новую парадигму для минимально инвазивных нейронных интерфейсов и может снизить риск имплантируемых нейротехнологий, открывая доступ к более широким группам пациентов», — сказал Джош Чен, выпускник Райса и ведущий автор исследования.