Berkeley, California Üniversitesi’ndeki mühendisler tarafından geliştirilen yeni bir nörostimülatör, beyindeki elektrik akımını aynı anda dinleyebilir ve uyarabilir. Potansiyel olarak Epilepsi ve Parkinson gibi hastalıkları olan hastalar için hassas ayarlı tedaviler sunar.
WAND adlı bu yeni cihaz, beynin elektriksel aktivitesini izleyen ve yanlış bir şey tespit ettiğinde elektriksel stimülasyon sağlayan beyin için “kalp pili” gibi çalışır.
Bu cihazlar, çeşitli nörolojik rahatsızlığı olan hastalarda, titreme veya nöbetlerin zayıflatılmasının önlenmesinde son derece etkili olabilir. Ancak, bir nöbet veya titremeden önce gelen elektriksel işaretlerin çözümü son derece zor olabilir ve bunları önlemek için gereken elektriksel stimülasyonun sıklığı ve gücü de aynı derecede hassastır. Cihazların optimal tedavi sağlaması için doktorlar tarafından yıllar süren küçük ayarlamalar yapılabilir.
Kablosuz yapay doku nöromodülasyon cihazı anlamına gelen WAND: Hem kablosuz hem de özerktir; yani, titreme veya nöbet belirtilerini tanımayı öğrendiğinde, istenmeyen hareketleri önlemek için stimülasyon parametrelerini kendi başına ayarlayabilir. Aynı zamanda, kapalı döngü olduğu için (aynı anda uyarıp kaydedebildiği anlamına gelir) bu parametreleri gerçek zamanlı olarak ayarlayabilir.
Berkeley’de Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Profesörü Asistanı olan Rikky Muller: “Bir hasta için doğru tedaviyi bulma süreci son derece maliyetlidir ve yıllar alabilir. Hem maliyet hem de süredeki önemli azalma potansiyel olarak büyük ölçüde iyileştirilmiş sonuçlara ve erişilebilirliğe yol açabilir. Cihazın, belirli bir hastanın en iyi sonuçları vermesi için teşvik etmenin en iyi yolunun ne olduğunu bulmasını sağlamak istiyoruz. Bunu ancak nöral işaretleri dinleyerek ve kaydederek yapabilirsiniz.”
WAND, diğer kapalı devre sistemlerdeki sekiz kanala kıyasla elektriksel aktiviteyi 128 kanaldan veya beyindeki 128 noktadan kaydedebilir. Ekip, cihazı ispatlamak için, Rhesus Makakları’ndaki* belirli kol hareketlerini tanımak ve geciktirmek için WAND’ı kullandı.
Aynı anda beyindeki elektrik sinyallerini uyarmak ve kaydetmek; havuzda küçük dalgalanmalar görmeye çalışmak ve ayaklarınızla suyu sıçratmak gibi bir şeydir. Beyinden gelen elektrik sinyalleri, stimülasyon tarafından iletilen büyük elektrik darbeleri tarafından boğulur. Şu anda, derin beyin stimülatörleri ya elektrik stimülasyonunu iletirken kaydı durdururlar, ya da stimülasyonun uygulandığı yerden beynin farklı bir bölgesinde kayıt yaparlar: Temel olarak küçük dalgaların havuzda sıçramasından farklı bir noktada ölçülmesi…
Austin, Texas Üniversitesi’nde Yardımcı Doçent olan Samantha Santacruz: “Parkinson, epilepsi ve çeşitli nörolojik hastalıkları tedavi eden insanlar için büyük bir amaç olan kapalı devre stimülasyona dayalı tedavileri sunmak için, şu anda tek bir ticari cihazın yapmadığı, hem nöral kayıtları hem de stimülasyonu eşzamanlı yapmak çok önemlidir. ”
Rikera Muller liderliğindeki Cortera Neurotechnologies’deki araştırmacılar, hem hassas beyin dalgalarından hem de güçlü elektrik darbelerinden gelen tüm sinyali kaydedebilen, WAND özel entegre devreler tasarladı. Bu mikrodevre tasarımı, WAND’ın sinyali elektrik darbelerinden çıkarmasını ve böylece beyin dalgalarından temiz bir sinyal almasını sağlar.
Mevcut cihazlar, sadece daha küçük beyin dalgalarından gelen sinyalleri kaydetmek üzere ayarlanmıştır ve bu tür sinyal rekonstrüksiyonunu imkansız kılan büyük stimülasyon darbeleri tarafından boğulur.
Muller: “Aslında aynı beyin bölgesinde stimüle edip kaydedebildiğimiz için, bir terapi sunarken tam olarak ne olduğunu biliyoruz.”
Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Profesörü Jan Rabaey ile işbirliği içinde olan ekip, çeşitli araştırma ve klinik uygulamalarda kullanılmak üzere programlanabilen kablosuz ve kapalı döngüsel hesaplama yeteneklerine sahip bir platform cihazı geliştirdi.
Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Profesörü Jose Carmena’nın ve UC Berkeley’de Santacruz’un doktora sonrasında yaptığı deneylerde; deneklere imleci belirli bir yere taşımak için joystick kullanmaları öğretildi. Bu eğitim periyodundan sonra, WAND cihazı hareketi gerçekleştirmek için hazırlanan konular olarak ortaya çıkan nöral işaretleri tespit edebildi ve ardından hareketi geciktiren elektriksel stimülasyonu sağlayabildi.
Muller: “Tepki süresini geciktirmek, daha önce gösterilmiş olan bir şey olsa da, bu yalnızca nörolojik bir kayda dayanan kapalı devre bir sistemde ilk kez gösterildi. Gelecekte, size en iyi nasıl tedavi edeceğini çözebilecek ve doktoru bu sürece sürekli müdahale etmek zorunda bırakmayan akıllı cihazlar oluşturmak için öğrenmeyi kapalı döngü platformumuza dahil etmeyi hedefliyoruz.”
*Rhesus Makakları:Hint şebeği ya da rhesus maymunu, köpeksi maymunlar familyasının en iyi bilinen türlerinden biridir. Eski Latince adının ilk iki harfinden oluşan Rh kısaltması, bugün kan gruplarında sık duyduğumuz Rh faktörünün adında yaşamaktadır.
