Stentroda - pierwsze urządzenie do rejestracji działania neuronów umieszczane w naczyniach mózgu

Wystarczy spojrzeć na sławne ilustracje przedstawiające Francję w roku 2000, które rysownik Jean-Marc Côté przygotował na odbywającą się w 1900 roku Powszechną Wystawę Światową w Paryżu, żeby zobaczyć, jak nietrafione mogą być przewidywania co do wynalazków przyszłości. Nikt jeszcze nie uznał za konieczne stworzenia skrzydeł dla strażaków, gigantycznych mechanicznych koników morskich dla nurków czy maszyny, z której po włożeniu jajek wyskakiwałyby od razu kurczaki.

Możemy oczywiście śmiać się z takich wizji sprzed ponad 100 lat, ale czasami naprawdę trudno wyobrazić sobie wynalazki nawet z całkiem bliskiej przyszłości. Takim niesamowitym rozwiązaniem ostatnich lat są interfejsy mózg-komputer (ang. brain-computer interface, BCI) umożliwiające dzięki pomiarom aktywności elektrycznej mózgu pozamięśniową komunikację człowieka z otoczeniem. Tłumaczą one sygnał z elektronów na język zrozumiały dla komputera, który następnie przekazywany jest np. do neuroszkieletu czy ramion robota, dzięki czemu osoby, które zostały sparaliżowane (np. po udarach czy uszkodzeniu rdzenia kręgowego), mogą się poruszać czy wykorzystywać roboty do pomocy w codziennych czynnościach. W dużym skrócie można powiedzieć, że to sposób na poruszanie maszyną za pomocą myśli.

Aby jednak takie rozwiązanie zostało wprowadzone do praktyki klinicznej, naukowcy muszą poradzić sobie z wieloma problemami. Jednym z nich jest to, że odbiorniki sygnałów do BCI trzeba umieszczać jak najbliżej neuronów. Jak dotąd wszczepiane były one do istoty szarej mózgu - nieinwazyjne rozwiązania okazały się mało skuteczne, ponieważ jeśli umieścimy implant na czaszce, tłumi ona sygnały wytwarzane przez mózg. Niestety, takie implanty organizm uznaje za ciało obce, co prowadzi do ich odrzucenia, nie mówiąc już o tym, że z operacją mózgu wiąże się 26% ryzyko krwawienia i zakażenia.

Naukowcy z australijskiego Uniwersytetu w Melbourne uważają, że znaleźli skuteczne rozwiązanie tego problemu. Stworzyli oni bowiem połączenie elektrod i stentu (jakże oryginalnie nazwane stentrodą), które służy do odczytywania aktywności elektrycznej neuronów, a umieszczane jest w naczyniu mózgu za pomocą cewnika przez żyłę w szyi.

Zaletą tego rozwiązania, oczywiście oprócz tego, że jest ono mało inwazyjne, jest to, że urządzenie umieszczane jest dużo głębiej w mózgu niż podczas chirurgicznej implantacji. Twórcy stentrody przewidują także, że może być ona stosowana nie tylko u osób sparaliżowanych, ale także u pacjentów z chorobą Parkinsona, chorobą neuronu ruchowego czy padaczką.

Stentroda to sprężynka wielkości zapałki (3 mm szerokości i 3 cm długości), na której znajdują się maleńkie elektrody (każda z nich odczytuje elektryczną aktywność około 10 tys. neuronów). Urządzenie to zostało zbudowane z nitinolu, czyli stopu niklu z tytanem, który nie tylko jest bardzo elastyczny, ale także “zapamiętuje” pierwotnie nadany mu kształt. Stentroda połączona jest przewodami z odbiornikiem, który znajduje się pod skórą klatki piersiowej. Z odbiornika sygnały mają być przesyłane bezprzewodowo do komputera, który z kolei będzie przekazywał je np. do egzoszkieletu umożliwiającego poruszanie się sparaliżowanym osobom.

Do tej pory działanie urządzenia (bez etapu przekazywania sygnału z komputera) sprawdzono na owcach i okazało się, że odbierane przez stentrodę sygnały są tak samo wysokiej częstotliwości, jak przez implanty chirurgicznie umieszczane w mózgu (do 190 Hz, co zawiera się w przedziale od 70 do 200 Hz uważanym za najbardziej optymalny, jeśli chodzi o BCI). Na początku wydawało się, że eksperyment się nie powiedzie, ponieważ dochodziło do zagłuszenia sygnału przez hałas powodowany przez przepływającą krew. Po 6 dniach od umieszczenia stentrody w ciele owcy urządzenie zostało jednak wchłonięte w naczynie i sygnał stał się dużo mocniejszy.

Doświadczenia z udziałem ludzi, wykorzystujące tę technologię, mają się rozpocząć pod koniec 2017 roku. Jeśli zakończą się sukcesem, stentroda może pojawić się w sprzedaży już za 6 lat.