Нейропротезування

Нейропротезування - дисципліна, що лежить на стику нейробіології і біомедичної інженерії і займається розробкою нейронних протезів.

Нейронні протези є електронними імплантатами, які можуть відновити рухові, чутливі і пізнавальні функції, якщо вони були втрачені в результаті травми або хвороби. Прикладом таких пристроїв може служити кохлеарний імплантат. Це пристрій відновлює функції, що виконуються барабанною перетинкою і стремінцем, шляхом імітації частотного аналізу в вушному равлику. Мікрофон, встановлений зовні, вловлює звуки і обробляє їх; тоді оброблений сигнал передається на імплантований блок, який через мікроелектродний масив стимулює волокна слухового нерва в равлику. За допомогою заміни або посилення втрачених почуттів, ці пристрої мають намір поліпшити якість життя для людей з обмеженими можливостями.

Дані імплантати також часто використовуються в нейробіології під час експериментів над тваринами як інструмент, що допомагає при вивченні мозку і його функціонуванні. При бездротовому моніторингу електричні сигнали мозку розсилаються за допомогою електродів, імплантованих в мозок суб'єкта, при цьому суб'єкт може бути вивчений без пристрою, що впливає на результати.

Точне зондування і запис електричних сигналів у мозку допоможе краще зрозуміти зв'язок між локальними скупченнями нейронів, що відповідають за певні функції.

Нейронні імплантати проєктуються настільки маленькими, наскільки це можливо, щоб мінімізувати інвазивність, особливо в районах, що оточують мозок, очі або вушні равлики. Ці імплантати зазвичай мають бездротовий зв'язок зі своїми протезами. Крім того, живлення відбувається через бездротову передачу електрики через шкіру. Тканина поруч з імплантатом дуже чутлива до підвищення температури. Це означає, що споживана потужність повинна бути мінімальна, щоб уникнути пошкодження тканини. [1]

У 2019 групі з Університету Карнегі-Меллона, використовуючи неінвазивний інтерфейс, вдалося отримати доступ до глибоких сигналів всередині мозку і розробити першу в світі керовану розумом роботизовану руку, яка здатна безперервно і плавно слідувати за курсором комп'ютера. [2]

Зараз в нейропротезуванні досить широко використовується кохлеарний імплантат. Станом на грудень 2010 року його отримали близько 219 тисяч людей в всьому світі. [3]

Історія

Перший відомий кохлеарний імплантат був створений в 1957 році. Іншими важливими віхами є створення першого рухового протеза для стопи, що звисає при геміплегії в 1961 році, створення першого слухового стволомозгового імплантату в 1977 році і периферичного нейромоста, імплантованого в спинний мозок дорослого щура 1981 році.

Сенсорне протезування

Слухове протезування

Кохлеарні імплантати, слухові імплантати стовбура головного мозку і слухові імплантати середнього мозку є трьома основними категоріями для слухових протезів.

Кохлеарні імплантати використовуються для забезпечення розвитку розмовної мови у глухих дітей з народження. Кохлеарні імплантати імплантовані приблизно 80 000 дітей у всьому світі.

Рухове протезування

Імплантати для керування сечовипусканням

Коли пошкодження спинного мозку призводить до параплегії, пацієнтам важко спорожнити сечовий міхур, що може викликати інфекцію. У 1969 році Бріндлі розробив крижовий стимулятор передніх корінців спинного мозку, з успішними випробуваннями на людях на початку 1980-х років.[4] Даний пристрій імплантується в ганглії передніх корінців крижового відділу спинного мозку; Контрольований зовнішнім передавачем, він забезпечує переривчасту стимуляцію, яка покращує спорожнення сечового міхура. Він також допомагає в дефекації і дозволяє пацієнтам-чоловікам мати стійку повну ерекцію.

Подібна процедура стимуляції крижового нерва призначена для контролю нетримання у пацієнтів без параплегії[5].

Когнітивні протези

Когнітивні нейропротези - пристрої, що полегшують обробку, зберігання та передачу інформації мозком людини. Людський мозок поки недостатньо вивчений, тому когнітивні нейропротези залишаються науковою фантастикою.

Електрохімічні нейропротези

Нейропротези, що використовують поєднання хімічної та електричної стимуляції і рухового тренування спинного мозку [6] [7].

Примітки
  1. Daniel Garrison. Minimizing Thermal Effects of In Vivo Body Sensors. Процитовано 5 травня 2010.[недоступне посилання з Апрель 2020]
  2. Управляемая разумом роботизированная рука впервые эффективно работает без мозговой имплантации (рос.). PreAbility. 20 червня 2019. Процитовано 2 липня 2019.
  3. NIH Publication No. 11-4798 (1 березня 2011). Cochlear Implants. National Institute on Deafness and Other Communication Disorders. Архів оригіналу за 12 серпня 2012. Процитовано 16 листопада 2011. «as of December 2010, approximately 219,000 people worldwide have received implants. In the United States, roughly 42,600 adults and 28,400 children have received them.»
  4. Brindley GS, Polkey CE, Rushton DN (1982): Sacral anterior root stimulator for bladder control in paraplegia. Paraplegia 20: 365-381.
  5. Schmidt RA, Jonas A, Oleson KA, Janknegt RA, Hassouna MM, Siegel SW, van Kerrebroeck PE. Sacral nerve stimulation for treatment of refractory urinary urge incontinence. Sacral nerve study group. J Urol 1999 Aug;16(2):352-357.
  6. Мусиенко П. Шаг в обход. Электрохимические нейропротезы — против паралича. // Наука и жизнь, № 12, 2012.
  7. Кирилл Стасевич Как научить спинной мозг самостоятельности // Наука и жизнь. — 2016. — № 7. — С. 14-19. — URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/29092/


This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.