eng
Просмотры: 414
02.03.2022
Уже более двадцати лет разрабатываются медицинские нейропротезы. Например, кохлеарные имплантаты помогли восстановить функциональный слух у людей с тяжелыми нарушениями слуха.
Дальнейшие достижения в области двигательных нейропротезов лежат в области восстановления двигательных функций у людей с тетраплегией – потерей конечностей и параличом ствола мозга.
В настоящее время ученые работают над различными видами интерфейсов «мозг-машина» для восстановления двигательных функций и частичной сенсорной функции. Одним из таких устройств является "Ipsihand", позволяющее парализованной руке двигаться. Устройство работает путем обнаружения намерений получателя путем дешифровки электрических сигналов, в результате чего рука может осуществлять движения.
Еще одна недавняя разработка – программа нейрореабилитации походки BMI, в которой используется система визуально-тактильной обратной связи в сочетании с физическим экзоскелетом и управляемыми ЭЭГ искусственными исполнительными механизмами во время ходьбы. Эта программа была опробована на восьми пациентах, которые отметили улучшения в движении нижних конечностей и соматической чувствительности.
Хирургически установленные электродные имплантаты также уменьшили симптомы тремора у людей с болезнью Паркинсона. Несмотря на то, что нейропротезирование дает различные преимущества, у него есть и свои нерешенные проблемы. Во-первых, электродные имплантаты в мозг подвержены деградации, что приводит к необходимости установки новых имплантатов через несколько лет. Во-вторых, как и при любой другой операции, имплантированные электроды могут вызвать послеоперационную инфекцию и образование глиальных рубцов. Кроме того, обнаружилось, что нейробиологическая эффективность имплантата зависит от скорости его введения в организм человека.
Новым шагом явилась идея непосредственного подключения к нейронам. Такой нейропротез мог бы радикально оптимизировать лечение нейродегенеративных заболеваний и травм мозга, а также, возможно, улучшить когнитивные способности.
Международная группа ученых разработала нейропротез на основе нанотехнологий, который был опубликован в журнале Frontiers in Neuroscience ("Integration of Nanobots Into Neural Circuits As a Future Therapy for Treating Neurodegenerative Disorders").
Интересной особенностью нейропротеза с наноботами является то, что он был заимствован из природы посредством эндомикоризы – симбиоза растения и гриба, которому более четырехсот миллионов лет. В процессе эндомикориза грибы используют многочисленные нитевидные выступы, называемые мицелием, которые проникают в корни растений, образуя колоссальные подземные сети с близлежащими корневыми системами. Во время этого процесса грибы забирают жизненно важные питательные вещества, одновременно защищая корни растений от инфекций. Поэтому нанонейропротез получил название "интерфейс лиганда эндомикоризы", или сокращенно "ELI".
Конструкция ELI состоит из камеры, содержащей положительно заряженные ионы и множество нитей, отходящих от камеры с катионами. Нити наноробота образуют сетку и простираются до нейронов.
Предполагается, что каждый кончик нити сможет проникать в определенные участки нейрона, такие как тело клетки, аксон и дендриты, обеспечивая тем самым связь. Это может стать возможным благодаря использованию биохимических свойств мембран нейронов.
Теоретически, после установления связи ELI сможет передавать потенциалы действия между соединяющимися нейронами и передавать их обратно нейронам. Более того, ELI также сможет повысить скорость передачи потенциалов действия.
Крайне важно, что в экологических системах, которые могут самовосстанавливаться и самокорректироваться, ELI сможет обходить поврежденные пресинаптические нейроны и передавать потенциалы действия близлежащим нейронам.
Таким образом, ELI будет функционировать для восстановления нарушенных нейронных путей, наблюдаемых при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и другие заболевания мозга. ELI будет сконструирован таким образом, чтобы использовать окружающую электрохимическую мозговую среду в качестве источника энергии.
Рис.1. Концепция эндомикоризы и механизм ее проникновения в клетки корней растений, и схема соединения двух разных растений. Благодаря этому между растениями передаются биологические свойства, например, иммунный ответ одного растения другому.
В настоящее время ученые работают над различными видами интерфейсов «мозг-машина» для восстановления двигательных функций и частичной сенсорной функции. Одним из таких устройств является "Ipsihand", позволяющее парализованной руке двигаться. Устройство работает путем обнаружения намерений получателя путем дешифровки электрических сигналов, в результате чего рука может осуществлять движения.
Еще одна недавняя разработка – программа нейрореабилитации походки BMI, в которой используется система визуально-тактильной обратной связи в сочетании с физическим экзоскелетом и управляемыми ЭЭГ искусственными исполнительными механизмами во время ходьбы. Эта программа была опробована на восьми пациентах, которые отметили улучшения в движении нижних конечностей и соматической чувствительности.
Хирургически установленные электродные имплантаты также уменьшили симптомы тремора у людей с болезнью Паркинсона. Несмотря на то, что нейропротезирование дает различные преимущества, у него есть и свои нерешенные проблемы. Во-первых, электродные имплантаты в мозг подвержены деградации, что приводит к необходимости установки новых имплантатов через несколько лет. Во-вторых, как и при любой другой операции, имплантированные электроды могут вызвать послеоперационную инфекцию и образование глиальных рубцов. Кроме того, обнаружилось, что нейробиологическая эффективность имплантата зависит от скорости его введения в организм человека.
Новым шагом явилась идея непосредственного подключения к нейронам. Такой нейропротез мог бы радикально оптимизировать лечение нейродегенеративных заболеваний и травм мозга, а также, возможно, улучшить когнитивные способности.
Международная группа ученых разработала нейропротез на основе нанотехнологий, который был опубликован в журнале Frontiers in Neuroscience ("Integration of Nanobots Into Neural Circuits As a Future Therapy for Treating Neurodegenerative Disorders").
Интересной особенностью нейропротеза с наноботами является то, что он был заимствован из природы посредством эндомикоризы – симбиоза растения и гриба, которому более четырехсот миллионов лет. В процессе эндомикориза грибы используют многочисленные нитевидные выступы, называемые мицелием, которые проникают в корни растений, образуя колоссальные подземные сети с близлежащими корневыми системами. Во время этого процесса грибы забирают жизненно важные питательные вещества, одновременно защищая корни растений от инфекций. Поэтому нанонейропротез получил название "интерфейс лиганда эндомикоризы", или сокращенно "ELI".
Конструкция ELI состоит из камеры, содержащей положительно заряженные ионы и множество нитей, отходящих от камеры с катионами. Нити наноробота образуют сетку и простираются до нейронов.
Предполагается, что каждый кончик нити сможет проникать в определенные участки нейрона, такие как тело клетки, аксон и дендриты, обеспечивая тем самым связь. Это может стать возможным благодаря использованию биохимических свойств мембран нейронов.
Теоретически, после установления связи ELI сможет передавать потенциалы действия между соединяющимися нейронами и передавать их обратно нейронам. Более того, ELI также сможет повысить скорость передачи потенциалов действия.
Крайне важно, что в экологических системах, которые могут самовосстанавливаться и самокорректироваться, ELI сможет обходить поврежденные пресинаптические нейроны и передавать потенциалы действия близлежащим нейронам.
Таким образом, ELI будет функционировать для восстановления нарушенных нейронных путей, наблюдаемых при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и другие заболевания мозга. ELI будет сконструирован таким образом, чтобы использовать окружающую электрохимическую мозговую среду в качестве источника энергии.
Комментарии читателей
