Новые технологии могут значительно продвинуть исследования в различных областях, включая медицину и неврологию. В последние годы, например, инженеры создают все более сложные устройства для записи активности мозга и других биологических сигналов с высокой точностью.
Многопрофильная исследовательская группа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и других институтов в США недавно разработала Neuro-stack, новую носимую технологию, которая может регистрировать активность отдельных нейронов в мозгу человека. Это устройство, представленное в статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience , может помочь получить ценную информацию об активности нейронов во время ходьбы, а также потенциально улучшить лечение заболеваний головного мозга.
«Наше исследование было мотивировано потребностью в меньших размерах и более гибких устройствах для клинической неврологии», — сказал Medical Xpress Деян Маркович, один из исследователей, проводивших исследование. «Наша основная цель состояла в том, чтобы сделать устройство, достаточно маленькое, чтобы его можно было носить, для мобильных экспериментов, а также для обеспечения широкополосной записи, включая локальные полевые потенциалы и отдельные устройства».
Нейростек, устройство, созданное Марковичем и его коллегами, имеет размер примерно как стопка карт, что намного меньше, чем существующие устройства для регистрации активности отдельных нейронов. Это делает их особенно подходящими для мобильных экспериментов, в которых участники-люди перемещаются или выполняют динамические задачи.
«Проще говоря, устройство слушает мозг и разговаривает с мозгом», — объяснил Маркович. «Его наиболее уникальной особенностью является способность регистрировать отдельные нейроны у свободно движущихся людей. Еще одной важной особенностью является настраиваемая форма стимуляции, а также синхронизация стимуляции по отношению к фазе тета-активности».
Устройство исследователей основано на интегральных схемах сверхмалой мощности и площади. Когда люди носят его или держат в руке, устройство записывает активность отдельных нейронов с высоким разрешением.
Кроме того, система Neuro-stack также может стимулировать нейроны в головном мозге с помощью ряда стратегически расположенных электродов. Эти стимуляции можно легко и дистанционно запрограммировать для исследования или лечения определенных состояний мозга.
«Самый важный вклад — это возможность исследовать работу мозга во время естественного поведения людей на уровне отдельных нейронов», — сказал Маркович. «Раньше такие исследования были возможны только на животных моделях, поэтому эта технология дает возможность объединить десятилетия нейробиологических исследований разных видов».
Маркович и его коллеги сначала протестировали свое устройство в лабораторных условиях. После проверки его дизайна они провели серию реальных исследований пациентов с диагнозом эпилепсия.
Эти пациенты перенесли хирургическую операцию , во время которой в глубокие отделы головного мозга были имплантированы электроды для лечения эпилептических припадков. Команда успешно использовала Neuro-stack для записи активности отдельных нейронов в мозге этих пациентов с высоким разрешением и точно рассчитанной по времени электрической стимуляции.
Кроме того, исследователи использовали свое устройство для записи активности отдельных нейронов и потенциала локального поля (LFP) при ходьбе человека. Затем они также смогли расшифровать нейронную активность в режиме реального времени, поскольку участник выполнял простую задачу памяти.
В будущем Neuro-stack может помочь продвинуть исследования, изучающие нейрофизиологическую основу заболеваний человека, а также потенциально сделать возможной более продвинутую нейромодуляционную терапию заболеваний головного мозга. Тем временем Маркович и его коллеги планируют создать другие модернизированные устройства на основе своей конструкции нейростека, что может облегчить развертывание их технологии в клинических условиях.
«Эти новые устройства позволят нам разработать платформу данных для исследований и разработки терапии», — добавил Маркович. «Устройство эволюционирует в форму имплантата, для которого у нас уже есть опыт, для сетевых заболеваний головного мозга. Платформа данных и имплантируемое устройство откроют пути для лечения различных показаний в будущем.
