Израильские ученые разработали имплант спинного мозга из человеческих клеток для парализованных мышей.
Интегрины — архитекторы регенерации нейронов
- Виды поражений в зависимости от локализации патологии
- Читайте также
- Спинной мозг подсоединили к головному и вернули человеку с травмой позвоночника подвижность
- Впервые в мире с помощью стволовых клеток восстановили спинной мозг - Здоровье
- Вводимый через шприц имплант восстановил подвижность у мышей с параличом
- Журнал Forbes Kazakhstan
Регенерация нейронов: ученые вернули ходьбу мышам, парализованным после травмы
Речь не обязательно о кнопке на пульте управления. Например, один из добровольцев, несмотря на травму и паралич, мог определённым образом двигать коленями — это движение и запускало стимулятор, посылая ему импульсы от соответствующих мышц. Кроме того, шаги со спинномозговой стимуляцией получались как бы механические, роботообразные, что понятно — мышцами управляла не сознательная воля, а автономные нейронные сети спинного мозга с помощью стимулятора; отчасти это было похоже на то, как кукловод управляет марионеткой. Наконец, шагать так можно было только по ровной поверхности; перешагнуть через какое-нибудь препятствие или подняться по лестнице уже было нельзя. В новой статье, опубликованной в Nature , исследователи пишут, что им удалось сделать «стимуляторные» движения более естественными, более произвольными, так что человек, например, теперь мог подняться по ступенькам. Ходьбу сделали более естественной, поручив контроль над стимулирующим имплантатом головному мозгу. Правда, в головной мозг тоже пришлось вживить имплантат, точнее, два имплантата с 64 электродами, которые считывали импульсы из двигательных зон коры. Сигналы беспроводным образом передавались на гарнитуру, прикреплённую к голове, с неё — на лэптоп в рюкзаке за спиной.
Лэптоп расшифровывал сигнал из головного мозга, чтобы стало понятно, о каком движении он думал. Дальше уже спинномозговому имплантату отправлялась информация, на какие мышцы нужно подействовать, чтобы совершить запланированное движение. Считыванием сигналов из мозга и перевод их в понятные алгоритмические команды занимаются нейрокомпьютерные интерфейсы.
Такая платформа на основе показаний датчиков движения в стимуляторе создаёт импульсы в ответственных зонах спинного мозга и заставляет мышцы конечностей совершать работу, а человеку передвигаться, правда, очень и очень ограниченно.
Поскольку у пациента остались электроды в позвоночнике на спинном мозге , учёные решили подавать на них управляющий сигнал из головного мозга. Для этого потребовалось организовать цифровой беспроводной мост, поскольку нервная ткань между спинным и головным мозгом была разорвана в результате травмы. Для считывания сигналов из головного мозга в череп пациенту были имплантированы датчики со своими массивами электродов. Блок управления электродами получал внешнее индуктивное беспроводное питание на частоте 13,56 МГц, а считанная мозговая активность передавалась другой антенной — дециметровой на частоте 405 МГц.
Данные принимались и расшифровывались приёмным устройством возможно, ноутбуком , который пациент был обязан носить в рюкзаке за спиной.
Впрочем, без дешифратора не обошлось — его мужчине пришлось носить с собой. Алгоритм научили распознавать активность головного мозга и в ответ на команды совершать действия.
В описываемом эксперименте — движения ногами. Затем его обучали синхронизации желаний пациента двигать конечностями с сигналами, отправляемыми к спинному мозгу.
Когда участник исследования думает о движении руки или кисти, мы «перезаряжаем» его спинной мозг и стимулируем его мозг и мышцы, чтобы помочь восстановить связи, обеспечить сенсорную обратную связь и способствовать выздоровлению. Этот тип терапии, управляемой мыслями, меняет правила игры. Наша цель — однажды использовать эту технологию, чтобы дать людям, живущим с параличом, возможность жить более полной и более независимой жизнью. Чад Бутон, разработчик технологии и главный руководитель клинических испытаний 15-часовая операция была проведена Кейту Томасу Keith Thomas. В 2020 году он попал в аварию и повредил позвоночник в районе позвонков C4 и C5, из-за чего полностью утратил чувствительность и способность двигаться ниже груди.
Операция позволила Томасу частично вернуть чувствительность и контроль руками.
Починить спинной мозг: новые терапии на грани фантастики
Впервые в мире: ученые Университета «Сириус» разработали мягкий нейроимплант спинного мозга Исследования научной группы Павла Мусиенко дали шанс миллионам людей, утратившим двигательные функции. Группа российских ученых разработала уникальную технологию изготовления мягких нейроимплантов спинного мозга на основе углеродных нанотрубок, аналогов которой нет в мире. Данная технология дает шанс на восстановление привычного образа жизни людям, утратившим, например, двигательные функции в результате травм или инсульта. Новая технология позволяет изготовить имплант, приближенный по механическим свойствам к нервной ткани, что существенно повышает его биосовместимость по сравнению с аналогами. Результаты многолетней работы опубликованы в высокорейтинговом журнале «Composites Part B: Engineering».
Двигательные расстройства. Возможна также слабость мышц, которая возникает в сочетании с расстройствами чувствительности, явления атрофии мышц, резкие и внезапные ее сокращения, подергивания мышечных групп, которые расслаблены. Расстройства чувствительности. Иногда болевых ощущений нет, но могут страдать поверхностная чувствительность, на фоне сохранения глубокого тактильного чувства. Пациент может не ощущать боль, температуру, прикосновения, но воспринимает давление, вибрации.
Проблемы с работой сфинктеров. Возможны нарушения мочевыделительных функций, реже — опорожнения кишечника. Это приводит к задержке мочи или стула. Также по мере прогрессирования процесса может возникать сколиоз позвоночника, который формируется из-за болевых ощущений, расстройств двигательной функции или разрушения тел позвонков. Внешне определить опухоли спинного мозга невозможно, они расположены достаточно глубоко в области спинномозгового канала. Классификация опухолей спинного мозга у взрослых Существует достаточно много вариантов классификации опухолей, локализованных в области спинного мозга.
О разработке: При создании имплантов ученые использовали жировые клетки, взятые из живота. Их отделили от внеклеточного матрикса, а затем вернули в состояние, напоминающее эмбриональные стволовые клетки. После этого они сымитировали развитие спинного мозга в пробирке. Если идею ученых одобрят для использования на людях, то каждый пациент будет получать имплант, выращенный из его собственных клеток.
Нейроимплантаты прошли испытания и доказали эффективность на клеточных культурах. В ближайшее время разработчика нейроимпланта продолжат его исследования на лабораторных животных. Ранее в октябре 2023 года ученые Нижегородского университета представили свою новую разработку — технологию создания нейропротезов. Ученые полагают что замещение поврежденного участка головного мозга, отвечающего за память, эмоции и внимание, электронными нейронами способно восстановить работу мозга после травм и активизировать запоминание. В декабре 2023 года сообщалось о создании в Федеральном центре мозга и нейротехнологий отечественного препарата со стволовыми клетками.
Ученые КФУ разработали новый метод восстановления спинного мозга
Z-новости. В РФ создали препарат со стволовыми клетками для лечения травмы спинного мозга. Сам спинной мозг весит всего 30-35 грамм, имеет диаметр около 1 см и длину 40-45 см. В сравнении со многими другими органами, спинной мозг просто крохотный, но, тем не менее, он исключительно важен. Нейростимуляция осуществляется с помощью небольшого прибора-генератора электрических импульсов, который имплантируется в область спинного мозга. РИА Новости: Бойцы ВС РФ спаслись от дронов ВСУ на машине с "Волнорезом". Россиянин Спиридонов оценил новость о пересадке мозга хирургом Канаверо.
Информация
- Содержание
- Научный прорыв, ставший возможным благодаря инновационной методологии
- Содержание
- Человеческому мозгу вернули контроль над парализованными ногами | Наука и жизнь
- Нейрохирурги ВКО поделились опытом имплантации нейростимулятора в спинной мозг
- Спинной мозг подсоединили к головному и вернули человеку с травмой позвоночника подвижность
В России разработали препарат для лечения травм спинного мозга
Работа лишь одной субпопуляции нейронов спинного мозга помогла пациентам с параличом снова двигаться. Для терапии травм спинного мозга авторы статьи, использовали электростимуляцию клеток поясничного отдела. Суть заключается в многоуровневой стимуляции спинного мозга в сочетании со специальными упражнениями. Теперь нейробиологи восстановили связи так, чтобы волокна соединялись с поврежденными зонами. Исследователи провели опыт на мышах с относительно легкими травмами, а также на грызуне с серьезным повреждением спинного мозга. Когда участник исследования думает о движении руки или кисти, мы «перезаряжаем» его спинной мозг и стимулируем его мозг и мышцы, чтобы помочь восстановить связи, обеспечить сенсорную обратную связь и способствовать выздоровлению. Россиянин Спиридонов оценил новость о пересадке мозга хирургом Канаверо.
Новое открытие учёных о спинном мозге
Были изучены молекулярные, поведенческие и анатомические аспекты. В настоящее время технология продолжает развиваться в компании Matricelf. Впервые в мире исследователи из Центра регенеративной биотехнологии Sagol при Тель-Авивском университете создали трехмерные ткани спинного мозга человека и имплантировали их в лабораторную модель с длительным хроническим параличом. Теперь исследователи готовятся к следующему этапу исследования: клиническим испытаниям на пациентах. Они надеются, что в течение нескольких лет сконструированные ткани будут имплантироваться парализованным людям, что позволит им снова вставать и ходить. Статья об этом исследовании была недавно опубликована в журнале Advanced Science.
Источники:Тель-Авивский университет.
Анализ проводится с помощью масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. После ввода показателей анализа система, основанная на статистических моделях, просчитывает риск наличия патологического процесса и предоставляет результат. В дальнейшем в соответствии с этим результатом врач может принять решение о целесообразности проведения углубленного обследования.
Сейчас ученые Центра биоэлементологии и экологии человека продолжают исследования иономных профилей совместно с ведущими врачами из России и других стран. В частности, одно из таких исследований, посвященное изучению рисков развития заболеваний опорно-двигательного аппарата, проводится в рамках крупного российско-китайского проекта при поддержке РНФ. Информация предоставлена Управлением по работе с общественностью Сеченовского Университета.
Твёрдая мозговая оболочка, она же dura mater, является вторым защитным звеном после костей. Установив имплантат на неё, можно добиться непосредственного контакта стимулятора с мозгом. Мост восстанавливает контакт между корой головного мозга и отделами ЦНС, находящимися ниже места разрыва. Благодаря имплантату человек возвращает способность ходить, избегать препятствий и даже подниматься по лестнице.
Схема спинномозгового имплантата Два кортикальных имплантата состоят из 64 электродов. Электронные компоненты окружены корпусом из титанового сплава. Этот материал биологически инертен и практически невидим для иммунной системы. Внутренняя поверхность имплантата плоская. Она несёт матрицу из 64 платиново-иридиевых электродов диаметром в 2 мм с шагом в 4,5 мм. Так обеспечивается первый этап: запись сигнала, его регистрация и модуляция. Подробнее об этих вопросах будет рассказано в следующей части статьи.
Программная составляющая кодирует и модулирует сигналы. Впоследствии они отправляются к имплантируемому генератору импульсов. Имплантируемый генератор импульсов общается с пояснично-крестцовым отделом позвоночника с помощью 16 электродов. Они выполняют селективную активацию скелетной мускулатуры. Кортикальный имплантат состоит из 2 блоков по 64 электрода. Носимый процессор выступает электрическими мозгами системы. Многие сложные процедуры обработки данных выполняются именно этой частью нейроимплантата.
Здесь видны данные МРТ. Красным обозначены кортикальные поля, ответственные за движение. Справа можно увидеть две круглые структуры. Так выглядят кортикальные имплантаты, «сидящие» на головном мозге. Для эффективной установки спинального имплантата нужно знать особенности индивидуальной анатомии. Красными прямоугольниками обозначены 16 электродов, стоящие на уровне 11 грудного и 1 поясничного позвонка. Мозговая бионика имеет свои особенности.
Организм воспринимает имплантат как чужеродного агента, запуская реакции воспаления. Этот недостаток обходится путём использования биологически инертных материалов. Иридий, титан и платина относятся именно к ним. Следующий вопрос: как обеспечить бесперебойное питание электроники и её связь с внешней гарнитурой? Провода использовать нельзя. Любая магистраль, идущая к мозгу через кости черепа и твёрдую оболочку, будет выступать открытыми воротами для инфекции. Инженерная проблема была решена с помощью двух антенн, спрятанных в силиконовый кожух.
Первая, использующая частоту в 13,56 МГц, питает имплантированную электронику по механизму индуктивной связи. Похожим образом работают беспроводные зарядки современных смартфонов. Напомним, что электрическое и магнитное поле не существуют друг без друга. Это всё грани единого электромагнитного поля. При прохождении электрического тока через индукционную катушку появляется магнитное поле. Одновременно с этим параллельно ему формируется электрическое поле. Параллельно электрическому полю возникает магнитное — и так со скоростью света в бесконечность.
Технически продвинутый читатель уже догадался, что речь идёт о волне. Живые ткани прозрачны для многих видов электромагнитных волн. Естественно, их можно и нужно ловить, как это делают имплантированные модули нейростимулятора. Вторая, ультравысокочастотная антенна на 405 МГц, общается с базовой станцией и блоком обработки данных в режиме реального времени. Таким образом сигналы с коры попадают на компьютерную периферию, где осуществляется интерпретация нервных импульсов на язык электроники, а также «предсказываются» будущие движения. Подробнее о том, как это происходит, будет сказано чуть ниже. Программное обеспечение процессора анализирует декодированные сигналы с коры головного мозга.
Серьёзная проблема всей бионики — это шум. Нервная система порождает огромное количество сигналов, и далеко не каждый из них имеет отношение к делу. Прежде чем декодировать сигнал, следует сперва отделить «мух от котлет». Алгоритмы потоковой обработки данных сортируют поступившую информацию согласно её релевантности. За счёт использования современных материалов и правильного исполнения нейрохирургической операции величина входного приведённого шума составляет всего лишь 0,7 мкВ по среднеквадратичному отклонению. Схожие системы применяют для стимуляции головного мозга у пациентов, страдающих болезнью Паркинсона. Научная группа модифицировала устройство, добавив к нему модули беспроводной связи.
Задержка между импульсом с головного мозга и эпидуральной стимуляцией составляет 100 мс. С учётом того, что технология предназначена для восстановления привычных движений, такой «лаг» не выглядит слишком долгим. В конце концов, речь идёт не о спортивных рекордах, а возможности встать с койки. Аппаратный и программный модуль работают как единая интегрированная цепочка. Между головным и спинным мозгом образуется цифровой мост. Последний участник звена — имплантируемый генератор импульсов Specify 5-6-5, состоящий из массива на 16 электродов. Корковые сигналы проходят через процедуры модуляции, преобразуясь в аналоговые команды.
Имплантат проводит их к задним корешкам спинного мозга. Уже оттуда сформированная команда достигает мышц нижних конечностей. Программная часть. Аспекты декодирования Электрическую активность сенсомоторной коры головного мозга регистрируют по 32 каналам с частотой 586 Гц. Диапазоном полосовой фильтрации стал промежуток между 1 и 300 Гц. Именно в нём скрыты данные, необходимые для иннервации нижних конечностей. Как выявить намерение к движению?
Эту работу выполняет алгоритм рекурсивной экспоненциально-взвешенной мультилинейной модели марковского переключения.
Как отмечают ученые, пока неизвестно, сможет ли новая технология помочь больным с другими видам паралича, так как у пациента был частичный паралич например, он мог короткое время самостоятельно стоять на ногах. Впрочем исследователи считают, что расширенное применение устройства — дело времени и калибровки. Фото: Jimmy Ravier.
Спинной мозг
Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Гарвардского университета провели исследование, которое может иметь огромное значение для восстановления спинного мозга после травмы. Все новости Лента новостей Hardware Software События в мире В мире игр IT рынок Новости сайта. Ученые Курчатовского института с коллегами из Казанского федерального университета разработали модель, которую можно использовать для создания нейропротезов для пациентов с повреждением спинного мозга. Исследователи из Калифорнийского университета (University of California) опубликовали результаты своих экспериментов — им удалось восстановить целостность спинного мозга крыс с помощью нейронов, полученных из стволовых клеток. Новости. Тематики. При частичном повреждении спинной мозг может передавать некоторые сигналы в головной мозг и наоборот, поэтому такие пациенты обладают некоторой чувствительностью и даже некоторыми моторными функциями ниже пораженной области.
Science: Ученые заставили мышей пойти после повреждения спинного мозга
Травмы спинного мозга сегодня практически не поддаются лечению, ежегодно обрекая тысячи людей на жизнь в инвалидном кресле. По сути, был создан беспроводной интерфейс между головным и спинным мозгом, используя технологию интерфейса мозг-компьютер, которая преобразует мысли в действия. Медновости. Гипотезы и открытия. Ученых заинтересовал спинной мозг в контексте проблем с памятью после COVID-19. Новости окружающая среда Спинной мозг беспроводным способом подкл. Работа лишь одной субпопуляции нейронов спинного мозга помогла пациентам с параличом снова двигаться. Для терапии травм спинного мозга авторы статьи, использовали электростимуляцию клеток поясничного отдела. Спинной мозг новости восстановления.