Η μελέτη που χρηματοδοτείται από την πρωτοβουλία NIH BRAIN ανοίγει την πόρτα για συσχέτιση της βαθιάς δραστηριότητας και της συμπεριφοράς του εγκεφάλου.
Οι ερευνητές είναι πλέον σε θέση να καταγράψουν ασύρματα την άμεσα μετρημένη εγκεφαλική δραστηριότητα των ασθενών που ζουν με νόσο του Πάρκινσον και στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες για να προσαρμόσουν τη διέγερση που παρέχεται από μια εμφυτευμένη συσκευή. Η άμεση καταγραφή της βαθιάς και επιφανειακής εγκεφαλικής δραστηριότητας προσφέρει μια μοναδική ματιά στις υποκείμενες αιτίες πολλών εγκεφαλικών διαταραχών. Ωστόσο, οι τεχνολογικές προκλήσεις μέχρι σήμερα έχουν περιορίσει τις άμεσες εγγραφές ανθρώπινου εγκεφάλου σε σχετικά σύντομες χρονικές περιόδους σε ελεγχόμενες κλινικές ρυθμίσεις.
Αυτό το έργο, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Biotechnology , χρηματοδοτήθηκε από την Εθνική Ινστιτούτο Υγείας Έρευνας του Εγκεφάλου μέσω της Προώθησης Πρωτοβουλίας Καινοτόμων Νευροτεχνολογιών (BRAIN).
«Αυτό είναι πραγματικά το πρώτο παράδειγμα ασύρματης εγγραφής βαθιάς και επιφανειακής ανθρώπινης εγκεφαλικής δραστηριότητας για μεγάλο χρονικό διάστημα στο οικιακό περιβάλλον των συμμετεχόντων», δήλωσε η Kari Ashmont, Ph.D., διευθυντής έργου για την Πρωτοβουλία NIH BRAIN. «Είναι επίσης η πρώτη επίδειξη προσαρμοστικής βαθιάς εγκεφαλικής διέγερσης στο σπίτι.»
Οι συσκευές βαθιάς εγκεφαλικής διέγερσης (DBS) έχουν εγκριθεί από την Αμερικανική Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων για τη διαχείριση των συμπτωμάτων της νόσου του Πάρκινσον, εμφυτεύοντας ένα λεπτό σύρμα ή ηλεκτρόδιο που στέλνει ηλεκτρικά σήματα στον εγκέφαλο. Το 2018, το εργαστήριο του Philip Starr, MD, Ph.D. στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Φρανσίσκο, ανέπτυξε μια προσαρμοστική έκδοση του DBS που προσαρμόζει τη διέγερσή του μόνο όταν απαιτείται με βάση την καταγεγραμμένη εγκεφαλική δραστηριότητα. Σε αυτή τη μελέτη, ο Δρ Starr και οι συνεργάτες του πραγματοποίησαν αρκετές επιπλέον βελτιώσεις στην εμφυτευμένη τεχνολογία.
«Αυτή είναι η πρώτη συσκευή που επιτρέπει συνεχή και άμεση ασύρματη εγγραφή ολόκληρου του σήματος του εγκεφάλου για πολλές ώρες», δήλωσε ο Δρ Starr. «Αυτό σημαίνει ότι είμαστε σε θέση να κάνουμε εγγραφή ολόκληρου του εγκεφάλου για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενώ οι άνθρωποι κάνουν την καθημερινή τους ζωή».
Οι επιπτώσεις αυτού του τύπου ηχογράφησης είναι σημαντικές. Τα πρότυπα εγκεφαλικής δραστηριότητας (νευρικές υπογραφές) που χρησιμοποιούνται συνήθως για τον εντοπισμό προβλημάτων, όπως τα συμπτώματα της νόσου του Πάρκινσον, έχουν παραδοσιακά καταγραφεί σε κλινικές συνθήκες για μικρές χρονικές περιόδους. Αυτή η νέα τεχνολογία επιτρέπει την επικύρωση αυτών των υπογραφών κατά τη διάρκεια συνηθισμένων καθημερινών δραστηριοτήτων.
«Εάν ελπίζετε ποτέ να χρησιμοποιήσετε εγγραφές στο νοσοκομείο για να τροποποιήσετε μια κατάσταση ασθένειας μέσω προσαρμοστικής διέγερσης, πρέπει να δείξετε ότι ισχύουν και στον πραγματικό κόσμο», δήλωσε ο Δρ Starr.
Ένα άλλο πλεονέκτημα της καταγραφής για μεγάλες χρονικές περιόδους είναι ότι διακριτές αλλαγές στην εγκεφαλική δραστηριότητα (βιοδείκτες) που θα μπορούσαν να προβλέψουν κινητικές διαταραχές μπορούν τώρα να εντοπιστούν για μεμονωμένους ασθενείς. Ο Ro'ee Gilron, Ph.D., μεταδιδακτορικός μελετητής στο εργαστήριο του Dr. Starr και πρώτος συγγραφέας αυτής της μελέτης, εξήγησε ότι αυτό επιτρέπει ένα επίπεδο προσαρμοσμένης θεραπείας DBS που ήταν αδύνατο να επιτευχθεί προηγουμένως.
«Επειδή είμαστε σε θέση να οικοδομήσουμε μια βιβλιοθήκη βιοδεικτών για κάθε ασθενή, μπορούμε τώρα να προγραμματίσουμε κάθε μονάδα DBS σύμφωνα με τις ατομικές ανάγκες του ασθενούς», δήλωσε ο Δρ Gilron. "Αυτό περιλαμβάνει εξατομικευμένα προγράμματα διέγερσης που προσαρμόζονται καθώς οι ανάγκες του ασθενούς αλλάζουν καθ 'όλη τη διάρκεια της ημέρας."
Ένα σημαντικό ζήτημα που προκύπτει είναι η ηθική επίπτωση της (σχεδόν) ολοήμερης εγγραφής εγκεφάλου. Από την αρχή της, η Πρωτοβουλία NIH BRAIN έχει αναγνωρίσει τη σημασία της αντιμετώπισης πιθανών ηθικών ζητημάτων που σχετίζονται με την ανάπτυξη και τη χρήση συσκευών που καταγράφουν ή ρυθμίζουν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου. Για παράδειγμα, η ομάδα εργασίας NIH BRAIN Neuroethics είναι μια ομάδα εμπειρογνωμόνων στη νευροηθική και τη νευροεπιστήμη που χρησιμεύει στην παροχή της πρωτοβουλίας NIH BRAIN με στοιχεία σχετικά με τη νευροηθική - ένα πεδίο που μελετά τις ηθικές, νομικές και κοινωνικές επιπτώσεις της νευροεπιστήμης. Παράλληλα με τη χρηματοδότηση της έρευνας για τη νευροτεχνολογία, η Πρωτοβουλία χρηματοδοτεί επίσης την έρευνα σχετικά με τις ηθικές επιπτώσεις των εξελίξεων στη νευροτεχνολογία.
«Είχαμε τους ασθενείς να μας πλησιάσουν με ανησυχίες σχετικά με το απόρρητο», δήλωσε ο Δρ Starr. «Αν και δεν είμαστε στο σημείο όπου μπορούμε να διακρίνουμε συγκεκριμένες φυσιολογικές συμπεριφορές από την εγγραφή εγκεφαλικής δραστηριότητας, είναι απολύτως νόμιμη ανησυχία. Έχουμε πει στους ασθενείς να αισθάνονται ελεύθεροι να αφαιρέσουν τις φορητές συσκευές τους και να απενεργοποιήσουν τις εγγραφές του εγκεφάλου τους όποτε συμμετέχουν σε δραστηριότητες που θα ήθελαν να διατηρήσουν ιδιωτικές. "
Οι ασθενείς κλήθηκαν επίσης να συμμετάσχουν σε έργα νευροηθικής που χρηματοδοτήθηκαν από την Πρωτοβουλία NIH BRAIN και προσπαθούν να εντοπίσουν ανησυχίες σχετικά με αυτήν τη νέα τεχνολογία (MH114860). Επιπλέον, άτομα που αποχώρησαν από το πρόγραμμα εμφυτευμάτων ερωτήθηκαν σχετικά με την απόφασή τους. Όπως συνιστάται από μια πρόσφατη έκθεση νευροηθικής BRAIN 2.0, αυτές οι πληροφορίες θα χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη δεοντολογικών οδηγιών και πρωτοκόλλων για μελλοντικά έργα για την επίτευξη μιας υγιούς ισορροπίας μεταξύ ανακάλυψης και απορρήτου.
Ένα απρόβλεπτο όφελος αυτής της μελέτης ήταν ότι, επειδή απαιτούσε ελάχιστη ή καθόλου άμεση επαφή με κλινικούς γιατρούς μετά από χειρουργική επέμβαση, ήταν ιδανικό για την κοινωνική απόσταση που είναι ζωτικής σημασίας κατά τη διάρκεια του COVID-19 πανδημίας . Οι τεχνολογίες που χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση απομακρυσμένων ασθενών και την τηλεθεραπεία είχαν αρχικά σχεδιαστεί για τη διευκόλυνση των θεμάτων της μελέτης, αλλά έχουν ευρύτερες εφαρμογές σε άλλα ερευνητικά έργα που έχουν σταματήσει λόγω του COVID-19.
«Οι τεχνολογίες που αναπτύξαμε και χρησιμοποιήσαμε για την επικοινωνία και την απομακρυσμένη συνεργασία με τους ασθενείς μας μπορούν επίσης να επιτρέψουν σε όσους δεν ζουν κοντά σε μια κλινική να λαμβάνουν ενημερώσεις« μέσω του αέρα »για τις συσκευές τους και επισκέψεις τηλεθεραπείας από τους νευρολόγους τους καθώς διαχειρίζονται όλο και πιο περίπλοκο DBS συσκευές », είπε ο Δρ Gilron.
Η σημασία της μελέτης της συμπεριφοράς σε ένα φυσικό περιβάλλον, όπως το σπίτι, καθώς σχετίζεται με τη νευρική δραστηριότητα, τονίστηκε σε μια πρόσφατη έκθεση του BRAIN 2.0 neuroscience. Ο Δρ Ashmont τόνισε ότι αυτή η μελέτη είναι ένα σημαντικό βήμα προς αυτήν την κατεύθυνση και πρόκειται να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν όχι μόνο τις διαταραχές αλλά και τη νευρική αναπαράσταση των συμπεριφορών γενικά.
