एक वायरलेस ''ब्रेन पेसमेकर'' जो फेफरे शोधू शकतो आणि प्रतिबंध करू शकतो

अभियंत्यांनी वायरलेस मेंदूची रचना केली आहे पेसमेकरजे न्यूरोलॉजिकल डिसऑर्डरने ग्रस्त रूग्णांमध्ये हादरे किंवा झटके शोधू शकतात आणि रोखू शकतात

जागतिक आरोग्य संघटनेनुसार (कोण) न्यूरोलॉजिकल डिसऑर्डर जगभरातील एक अब्जाहून अधिक लोकांना प्रभावित करतात आणि यामुळे दरवर्षी 6 दशलक्षाहून अधिक मृत्यू होतात. या विकारांमध्ये एपिलेप्सी, अल्झायमरचा रोग, ब्रेन स्ट्रोक किंवा जखम आणि पार्किन्सन रोग. या रोगांचा प्रभाव विकसित आणि विकसनशील अशा दोन्ही देशांमध्ये दिसून येतो आणि अनेक वेळा योग्य आरोग्य व्यवस्था, प्रशिक्षित कर्मचारी किंवा इतर कारणांमुळे उपचार उपलब्ध होत नाहीत. जागतिक लोकसंख्या वृद्ध होत आहे आणि WHO च्या मते, पुढील 30-40 वर्षांत निम्म्याहून अधिक लोकसंख्या 65 वर्षांपेक्षा जास्त वयाची असेल. नजीकच्या भविष्यात न्यूरोलॉजिकल डिसऑर्डर हे आरोग्यावर खूप मोठे ओझे असणार आहे हे समजून घेणे अत्यावश्यक आहे

मेंदूसाठी एक 'पेसमेकर'

कॅलिफोर्निया बर्कले यूएसए विद्यापीठातील अभियंत्यांनी एक नवीन न्यूरोस्टिम्युलेटर डिझाइन केले आहे जे एकाच वेळी ऐकू शकते ('रेकॉर्ड') आणि मेंदूमध्ये विद्युत प्रवाह उत्तेजित ('वितरित') देखील करू शकते. अशा प्रकारचे उपकरण मज्जासंस्थेसंबंधीच्या विकारांनी विशेषतः पार्किन्सन रोग आणि अपस्माराने ग्रस्त असलेल्या रुग्णांसाठी एक परिपूर्ण वैयक्तिक उपचार प्रदान करू शकते. या उपकरणाला WAND (वायरलेस आर्टिफॅक्ट-फ्री न्यूरोमोड्युलेशन डिव्हाइस) म्हणून ओळखले जाते आणि त्याला 'असेही म्हटले जाऊ शकते.मेंदू पेसमेकर' हृदयासारखे पेसमेकर - एक लहान, बॅटरी-ऑपरेट केलेले यंत्र जे हृदयाचे ठोके अनियमितपणे असताना कळू शकते आणि नंतर इच्छित योग्य गती प्राप्त करण्यासाठी हृदयाला सिग्नल वितरीत करते. त्याचप्रमाणे, मेंदू पेसमेकर वायरलेस आणि स्वायत्तपणे मेंदूच्या विद्युत क्रियाकलापांचे निरीक्षण करण्यास सक्षम आहे आणि एकदा का ते हादरेची चिन्हे किंवा वैशिष्ट्ये ओळखण्यास शिकले किंवा जप्ती मेंदूमध्ये, जेव्हा एखादी गोष्ट व्यवस्थित नसते तेव्हा यंत्र 'योग्य' विद्युत उत्तेजना देऊन उत्तेजनाचे मापदंड स्व-समायोजित करू शकते. ही एक बंद लूप प्रणाली आहे जी रेकॉर्ड करू शकते तसेच उत्तेजित करू शकते आणि रिअल-टाइममध्ये भिन्न पॅरामीटर्स समायोजित करण्यास सक्षम आहे. बंद लूप प्रणालीमध्ये WAND 125 हून अधिक चॅनेलवर मेंदूतील विद्युत क्रियाकलाप रेकॉर्ड करण्यास सक्षम आहे. प्रात्यक्षिक प्रात्यक्षिकासाठी, संशोधकांनी दाखवून दिले की वाँड प्राइमेट माकडांमध्ये (रिशस मॅकॅक) अत्यंत विशिष्ट हाताच्या हालचालींना यशस्वीपणे विलंब करण्यासाठी योग्य उपाय ओळखण्यास आणि योग्य उपाययोजना करण्यास सक्षम होते.

मागील उपकरणांसह आव्हाने

न्यूरोलॉजिकल स्थिती असलेल्या रुग्णासाठी योग्य थेरपी शोधण्यात एक प्रमुख आव्हान म्हणजे प्रथम प्रक्रिया शोधण्याचा दीर्घ कालावधी आणि नंतर त्यात जास्त खर्च. असे कोणतेही उपकरण रुग्णांना होणारे हादरे किंवा झटके रोखू शकते. तथापि, प्रत्यक्ष झटका किंवा हादरा येण्यापूर्वी आलेल्या विद्युत स्वाक्षरी अत्यंत सूक्ष्म असतात. तसेच, इच्छित विद्युत उत्तेजनाची वारंवारता आणि सामर्थ्य ज्यामध्ये हे हादरे किंवा झटके रोखण्याची क्षमता असते ते देखील अतिशय संवेदनशील असते. हेच कारण आहे की विशिष्ट रूग्णांसाठी लहान ऍडजस्टमेंट सहसा असे कोणतेही उपकरण इष्टतम उपचार प्रदान करण्यास सक्षम होण्याआधी अनेक वर्षे घेतात. जर ही आव्हाने पुरेशा प्रमाणात पूर्ण झाली, तर परिणाम आणि सुलभतेत निश्चित वाढ होऊ शकते.

मध्ये प्रकाशित झालेल्या नवीन अभ्यासात निसर्ग बायोमेडिकल अभियांत्रिकी, संशोधकांना इष्टतम उत्तेजन प्रदान करून रुग्णाला शक्य तितका सर्वोत्तम परिणाम द्यायचा होता. हे केवळ ऐकून तसेच नमुने किंवा न्यूरल स्वाक्षरी रेकॉर्ड करून साध्य करता येते. परंतु, इलेक्ट्रिकल सिग्नल्स रेकॉर्ड करणे आणि उत्तेजित करणे खूप आव्हानात्मक आहे कारण मोठ्या स्पंदनांमुळे जे उत्तेजित होतात ते मेंदूतील विद्युत सिग्नल्सना ओलांडू शकतात. सध्याच्या सखोल मेंदूच्या उत्तेजकांची समस्या ही आहे की ते 'रेकॉर्ड' करण्यात अक्षम आहेत आणि त्याच वेळी मेंदूच्या त्याच भागात 'उत्तेजना' वितरित करू शकत नाहीत. कोणत्याही क्लोज-लूप थेरपीसाठी हा पैलू सर्वात महत्त्वाचा आहे आणि असे कोणतेही उपकरण सध्या व्यावसायिक किंवा अन्यथा उपलब्ध नाही.

इथेच WAND ची अपवादात्मकता चित्रात येते. संशोधकांनी WAND सानुकूलित सर्किट डिझाइन केले जे सूक्ष्म मेंदूच्या लहरी तसेच मजबूत विद्युतीय स्पंदनांमधून संपूर्ण सिग्नल 'रेकॉर्ड' करू शकतात. विद्युतीय स्पंदनातून सिग्नलची वजाबाकी केल्याने मेंदूच्या लहरींमधून स्पष्ट सिग्नल मिळतो जे सध्याचे कोणतेही उपकरण करू शकत नाही. अशाप्रकारे, मेंदूच्या त्याच भागात एकाच वेळी उत्तेजन आणि रेकॉर्डिंग आपल्याला अचूक घडामोडी सांगते ज्याचा उपयोग एक आदर्श थेरपी डिझाइन करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. WAND वेगवेगळ्या ऍप्लिकेशन्समध्ये वापरण्यासाठी रीप्रोग्रामिंगला अनुमती देते. माकडांवरील थेट प्रयोगात, WAND डिव्हाइस तंत्रिका स्वाक्षरी शोधण्यात निपुण होते आणि नंतर इच्छित विद्युत उत्तेजन प्रदान करण्यात सक्षम होते. ही दोन कामे एकत्रितपणे करण्यासाठी प्रथमच बंद वळण प्रणालीचे प्रात्यक्षिक करण्यात आले आहे.

***

{उद्धृत स्रोतांच्या सूचीमध्ये खाली दिलेल्या DOI लिंकवर क्लिक करून तुम्ही मूळ शोधनिबंध वाचू शकता}

स्त्रोत

Zhou A et al 2018. एक वायरलेस आणि आर्टिफॅक्ट-मुक्त 128-चॅनल न्यूरोमोड्युलेशन डिव्हाइस बंद-लूप उत्तेजित करण्यासाठी आणि गैर-मानवी प्राइमेट्समध्ये रेकॉर्डिंगसाठी. निसर्ग बायोमेडिकल अभियांत्रिकी.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x