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. написали исследователи.
СВЯЗАТЬСЯ С РЕДАКЦИЕЙ
- Как работает технология?
- Прорыв в лечении поврежденного спинного мозга
- Впервые в мире с помощью стволовых клеток восстановили спинной мозг
- Читайте также
- ПОДПИСАТЬСЯ НА РАССЫЛКУ
Регенерация нейронов: ученые вернули ходьбу мышам, парализованным после травмы
Он подчеркнул, что подобные серийные препараты пока не представлены на рынке, и они планируют запустить клинические испытания уже в 2024 году. Препарат, разработанный на базе стволовых клеток, может стать значимым лечебным средством для пострадавших от травм спинного мозга и в дальнейшем - для пациентов с инсультами.
Кроме того, авторы метода учли, что пациент обычно не сразу попадает на операционный стол, поэтому у него успевают сформироваться компрессия спинного мозга отломками позвонков и гематома. Исследователи ввели свинье две инъекций везикул: первую сделали через одну неделю после травмы, вторую - через три. Результаты показали, что площадь сохранной ткани увеличивалась на 27 процентов, а суммарная площадь патологических полостей, которые образуются после травмы, уменьшилась на 29 процентов в каудальном направлении от места травмы - это область спинного мозга, которая подвергается наибольшим дегенеративным изменениям после воздействия.
Группу животных, которым вводили везикулы, сравнивали с теми, которым инъецировали физраствор. Результаты экспериментов свидетельствуют о частичном восстановлении двигательной активности у свиней с контузионной травмой спинного мозга, что, несомненно, является достижением.
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. В её состав входит классификатор скрытой марковской модели и набор независимых регрессионных моделей.
При возникновении намерения к движению происходит активация сенсомоторной коры головного мозга, которую возможно считать с помощью электродов. Каждая из регрессионных моделей осуществляет контроль над целыми группами степеней свободы конечностей. Дело в том, что нога или рука — не просто рычаг. В своей работе он подчиняется законам биомеханики. Любое движение возможно лишь при согласованной работе множества звеньев. К ним относят суставы, мышцы, сухожилия и сенсорную иннервацию от механо- и проприорецепторов.
Человек не смотрит на ноги, когда ходит. Мы и так знаем, какое положение занимает тело. Мы спокойно выполняем движения вслепую, не полагаясь на зрение. Это возможно благодаря тому, что на аппаратной части головного и спинного мозга непрерывно крутятся скрипты, отвечающие за восприятие схемы тела. Подробнее мы рассказывали в предыдущей статье. Если коротко, мозг не контактирует с реальностью напрямую.
Он создаёт абстрактную схему тела, которая выступает прокси-моделью организма. Чем активнее мы пользуемся тем или иным органом, тем ярче будут выражены соответствующие нейронные поля в коре. Классификатор на основе НММ выполняет важную работу. Он оценивает вероятность активации конечности под конкретное движение. Гипотеза цепей Маркова выступает математическим аппаратом, благодаря которому возможно просчитывать непрерывные и динамические движения. Каждое новое состояние будет проистекать из предыдущего с внесением правок от коры головного мозга.
Разумеется, это вполне возможно предсказать средствами современной математики. Классификатор НММ учитывает вероятность выброса и перехода нескольких переменных. К ним относится бедро, колено и лодыжка по отдельности, вместе или во всех возможных комбинациях плюс состояние покоя. Здесь модель немного упрощена, ведь человек не может одновременно шагать правой и левой ногой. Калибровка декодера осуществляется в режиме онлайн, базируясь на прошлых состояниях массива данных. Модель, контролирующая сгибание бедренных суставов во время ходьбы, самообучалась гарантированно предсказывать статус нижних конечностей после 30 повторений стереотипного движения.
Но даже этого мало. Чтобы эффективно выполнить движение, имплантат должен непрерывно держать контакт со скелетной мускулатурой. При спинальной травме головной мозг не получает сигналов от органов-исполнителей. Эта работа ложится на бионику.
Группа специалистов Калифорнийского университета решила использовать интегрины для стимулирования роста поврежденных аксонов.
Сначала они использовали передовой генетический анализ для выявления групп нервных клеток, способных улучшить ходьбу после частичного повреждения спинного мозга. Затем исследователи обнаружили, что простая регенерация аксонов этих нервных клеток через поврежденный спинной мозг без использования специфических мишеней не влияет на восстановление функций. Однако когда стратегия была усовершенствована и стала включать использование химических сигналов для привлечения и направления регенерации этих аксонов к их естественной целевой области в поясничном отделе спинного мозга, в мышиной модели полного повреждения спинного мозга было отмечено значительное улучшение способности ходить. Майкл Софрониев, профессор нейробиологии Медицинской школы Дэвида Геффена при Калифорнийском университете и ведущий автор нового исследования, поясняет в пресс-релизе: "Наше исследование предоставляет важнейшую информацию о тонкостях регенерации аксонов и требованиях к функциональному восстановлению после травмы спинного мозга". Он добавил: "Это подчеркивает необходимость не только регенерировать аксоны при повреждениях, но и активно направлять их к их естественным целевым областям для достижения значительного неврологического восстановления".
Проблемы и осторожность на пути к клиническим испытаниям на людях Последствия этого открытия огромны. Повреждения спинного мозга, которые часто являются необратимыми, могут получить пользу от этой инновационной генной терапии. Несмотря на то, что эксперименты проводились на мышах, ученые с оптимизмом смотрят на возможность применения этого метода на людях, что дает реальную надежду миллионам парализованных людей.
Интегрины — архитекторы регенерации нейронов
- Спинной мозг подсоединили к головному и вернули человеку с травмой позвоночника подвижность
- Нейроинтерфейс между спинным и головным мозгом позволил ходить паценту с травмой позвоночника
- Science: Ученые заставили мышей пойти после повреждения спинного мозга
- ФГБНУ «Аналитический центр» - 29 мая 2023 г. - EPFL: встать на ноги после травмы спинного мозга
Впервые в мире: ученые Университета «Сириус» разработали мягкий нейроимплант спинного мозга
По сути, был создан беспроводной интерфейс между головным и спинным мозгом, используя технологию интерфейса мозг-компьютер, которая преобразует мысли в действия. Все новости Лента новостей Hardware Software События в мире В мире игр IT рынок Новости сайта. Россиянин Спиридонов оценил новость о пересадке мозга хирургом Канаверо. Новости Казахстана. Первых испытателей компания отберет из числа пациентов с параличом из-за травмы шейного отдела спинного мозга или бокового амиотрофического склероза, говорится в сообщении Neuralink.
Регенерация нейронов: ученые вернули ходьбу мышам, парализованным после травмы
Реклама Более 800 тысяч человек в мире каждый год получает сочетанную травму позвоночника с перерывом спинного мозга. Выживает среди них только треть. В основном это молодые люди в возрасте 20-25 лет. Большинство из них остается парализованными на всю жизнь.
Недавняя работа группы ученых из Калифорнийского университета, Швейцарского федерального технологического института ETH в Цюрихе и Гарвардского университета является частью этого поиска ответов, изучая новые терапевтические возможности восстановления двигательных функций. Исследование, посвященное регенерации нейронов с помощью генной терапии, продемонстрировало значительный потенциал восстановления ходьбы у мышей, что открывает путь для будущего применения на людях.
Результаты исследования опубликованы в журнале. Интегрины — архитекторы регенерации нейронов Интегрины являются важнейшими молекулами в процессе регенерации нейронов, выступая в роли катализаторов восстановления нервных связей. Их роль заключается в стимулировании роста аксонов - основных компонентов нейронов, которые необходимы для передачи нервной информации по всей нервной системе. Особенно интересен механизм действия интегринов. Эти молекулы действуют, связываясь с другими белками в организме.
Такое связывание создает благоприятные условия для восстановления и регенерации поврежденной нервной ткани. Другими словами, они создают благоприятную среду для восстановления связей между нейронами, что позволяет восстановить коммуникацию между нервными клетками.
Приорова была выполнена уникальная операция на спинном мозге: имплантация нейростимулятора. Пациентом, которому была проведена операция, оказался 49-летний Игорь Мельников, который страдал от застарелого перелома позвонка. От этого мужчина испытывал сильные боли.
В ходе операции устройство подключается непосредственно к спинному мозгу.
Все эти условия выполняются, пока ребёнок развивается в утробе матери. Но после рождения данные процессы останавливаются. Ученые задались целью найти и включить гены, контролировавшие процессы роста нервных клеток в период развития плода.
Им удалось реактивировать нервные клетки спинного мозга мышей при помощи генов, упакованных в безвредные вирусы с целью доставки их к месту назначения. В качестве «хлебных крошек» ученые использовали хемоаттрактанты — химические вещества, привлекающие растущие аксоны и направляющие тем самым их рост.
Ученые разработали новый метод лечения травмы спинного мозга
Статья Спинной мозг, Травмы, Выпущено вживляемое в тело устройство для реабилитации людей с травмами спинного мозга, Вышло портативное устройство для поддержки дыхания пациентов с травмами спинного мозга. Статья Спинной мозг, Травмы, Выпущено вживляемое в тело устройство для реабилитации людей с травмами спинного мозга, Вышло портативное устройство для поддержки дыхания пациентов с травмами спинного мозга. MedAboutMe Новости. Целью исследователей было заставить расти в нужном направлении аксоны – отростки нервных клеток, которые и составляют спинной мозг.
Молодой нейрохирург РКБ впервые в Татарстане провел уникальную операцию на спинном мозге
Ученые предложили чаще использовать нейростимуляцию спинного мозга электричеством с помощью небольшого вживляемого стимулятора. Сайт для специалистов и больных по проблеме травматической болезни спинного мозга. Клиника, диагностика, лечение, реабилитация. Новейшие достижения и перспективы исследования. спинного мозга выделяют полный поперечный и парциальный поперечный миелит, а на основании протяженности патологических изменений — продольно распространенный поперечный и продольно ограниченный поперечный миелит [3]. Суть заключается в многоуровневой стимуляции спинного мозга в сочетании со специальными упражнениями. 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.
В России проведена операция по установке нейростимулятора в спинной мозг
В новом устройстве, в отличие от предыдущих экспериментальных образцов, электроды соединяют уже сам головной мозг со спинным. Пациент — мужчина 38 лет, который около 10 лет назад упал с велосипеда и оказался парализованным. Пациент, который уже год испытывает на себе изобретение, сам научился ходить по дому с костылями, садиться в машину, выходить из машины. 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.
Особенно влияние клеток микроглии найдено при травме спинного мозга тяжелой степени. В этом случае отсутствие значимого восстановления нервной ткани связано, по всей видимости, с недостаточным количеством иммунных клеток чем меньше таких клеток — тем длиннее период восстановления после травмы. Помимо этого, решающую роль играет пролонгированная активация клеток микроглии, которая не дает стабилизировать микроокружение в области травмы.
Они выяснили, что клетки иммунной системы мозга играют значительную роль в процессах воспаления и восстановления при тяжелой травме спинного мозга. После травмы происходит активация множества биохимических реакций и взаимодействий между клетками, результаты которых определяют возможность восстановления нервной ткани и сохранения ее функций. Важнейшими участниками этих процессов являются клетки микроглии — иммунные клетки центральной нервной системы», — пояснила первый автор статьи, младший научный сотрудник НИЛ «Генные и клеточные технологии» Эльвира Ахметзянова.
Ежегодно ТСМ затрагивает десятки тысяч людей. В августе 2022 года аспирант первого года обучения Института фундаментальной медицины и биологии КФУ Давран Сабиров одержал победу в конкурсе «Студенческий стартап» по направлению «Медицина и технологии здоровьесбережения».
Он разрабатывал тест-систему для диагностики травм спинного мозга.
Завотделением реанимации, молодая женщина, с невероятно красивыми глазами и в шапочке с лисичками иногда показывала мне распечатанную фотку семьи, которую передала моя любимая жена, а ещё говорила, что у них все хорошо, и они меня любят. Спасибо Вам. Заснуть не получалось из-за яркого света лампы, и постоянного пищания аппаратуры. Ещё, конечно, сильно мешала общая атмосфера реанимации - стоны соседей, которые приходили в себя после наркоза, некоторые кричали от боли, а кто-то и умирал... Поэтому я просто отключался на несколько минут, а потом продолжал смотреть в потолок. Был один мужской пропитой голос из угла, который всем, кто заходил в помещение, говорил одну фразу: "а не найдётся ли у вас сигаретки? Оказалось, что это какой то алкаш, которому очень сильно дали тяжелым по башке, и теперь у него нет части черепа и куска мозга. Его перевели из реанимации через несколько дней, но достать он успел всех.
Он, кстати, будет ещё фигурировать в моем рассказе. Поскольку принимать пищу и пить я не мог, то кормили и поили меня какой-то субстанцией через трубку в носу она была просунута в желудок. Примерно по истечении недели, врач сказал, что поражение спинного мозга настолько сильное, что дышать полностью самостоятельно я пока не смогу, поскольку сигнал до нужных мышц проходит слабо, и ещё некоторое время надо побыть в реанимации на ИВЛ. Это меня совсем не устраивало, и я решил что хрен там плавал, и все свободное время а его у меня теперь дофига , я буду стараться делать вдохи-выдохи вместе с аппаратом, и докажу всем, что меня так просто не возьмёшь. В тот же день мне сделали трахеостому дырка в трахее, под кадыком , и трубку ИВЛ переставили туда. Ничего вкуснее той воды я ещё не пил. Ещё через какое-то время, санитары стали приподнимать изголовье кровати и кормить меня с ложечки. Ничего вкуснее той еды я ещё не ел. Затем начались просто невыносимые боли в ногах, будто ноги находятся в ведре с очень горячей водой.
В России проведена операция по установке нейростимулятора в спинной мозг
Им удалось определить две критические группы нейронов: одна была задействована при обучении, другая необходима для «вспоминания» усвоенного. При этом обучение не происходило у мышей с «отключенными» дорсальными задними нейронами спинного мозга, у которых активен ген Ptf1a. А «память» переставала работать при «отключении» расположенных спереди клеток Реншоу — эти нейроны, у которых активен ген En1, входят в состав контуров возвратного торможения. Кстати сказать, у обычных, нетрансгенных мышей искусственное возбуждение этих нейронов увеличивало скорость реакции животных на удар током при повторном тестировании — лапы животных принимали позу избегания еще быстрее! Таким образом, очевидно, что не только у насекомых, но и у млекопитающих двигательное обучение и память не ограничиваются исключительно работой центральной нервной системы.
И возможность манипулировать двигательной памятью периферической нервной системы может оказаться важной при разработке терапии для восстановления двигательных функций при травмах спинного мозга.
В 2021 году ему провели тонкую хирургическую операцию, в ходе которой пациенту вживили специальные импланты в головной и спинной мозг. В результате Герт-Ян частично восстановил способность ходить с помощью ходунков уже через несколько недель тренировок. Врачи утверждают, что за это время он достиг «плато неврологического восстановления». Лучший Telegram-канал про технологии возможно Два импланта располагались в области мозга, отвечающей за контроль движение. Они передавали сигналы мозга желания Герта-Яна на сенсоры в специальном шлеме, который пациент надевал на голову. Через другой имплант, который находился в спинном мозге, эти сигналы благодаря алгоритму преобразовывались в инструкции для мышц ног.
Историк Марьяна Скуратовская Узнать больше Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки! Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате.
Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий!
Все испытуемые перенесли коронавирус в легкой форме, им не потребовалась госпитализация. Средний возраст участников с когнитивными симптомами составил 48 лет по сравнению с 39 годами в контрольной группе.
У пациентов с «мозговым туманом» ученые обнаружили в образцах повышенный уровень белка, что говорит о воспалении в мозгу. Также и в крови, и в спинномозговой жидкости исследователи нашли антитела: это говорит о том, что процесс системный, то есть протекает во всем организме. Хотя цель этих антител неизвестна, вполне возможно, что это могут быть антитела-перебежчики, атакующие сам организм.
Спинной мозг
Файнштейна в Northwell Health рассказали об уникальной операции, которая вернула парализованному человеку чувствительность и подвижность рук. Как и во всех подобных случаях, речь идёт о мозговом имплантате, но не только. Это первый случай, когда мозг, тело и спинной мозг парализованного человека были соединены электронным способом, чтобы долгосрочно восстановить движение и чувствительность. 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.
В результате пациент смог ходить и даже подниматься по лестнице, пока на костылях, но уже без инвалидной коляски. Из-за повреждения позвоночника, а с ним и спинного мозга, нарушается связь между головным и спинным мозгом. Нейроны двух органов не могут обмениваться сигналами, поэтому человек перестает двигаться ниже места повреждения, возникает паралич. Теперь же с помощью цифрового моста — электродов, помещаемых между спинным мозгом и позвоночником и имитирующих сигналы, которые поступают от головного мозга — был совершен прорыв в медицине.
Метод основан на использовании пузырьков, состоящих из мембраны клеток - внеклеточных везикул, которые участвуют в различных процессах внутри организма.
Сами везикулы были получены из мезенхимных стволовых клеток свиньи, которой они потом и вводились. Была проведена качественная оценка этих везикул, определены их размер и ультраструктура, - рассказала "Газете. Ru" ведущий научный сотрудник OpenLab "Генные и клеточные технологии" КФУ, руководитель научной группы "Молекулярные и клеточные механизмы нейрорегенерации" Яна Мухамедшина. Эффективность метода была установлена при эксперименте, в ходе которого была смоделирована контузионная травма спинного мозга у свиньи на уровне 11-го грудного позвонка.
То есть, необходимо было выполнить три условия: включить рост аксонов на генетическом уровне; обеспечить рост волокон на молекулярном уровне; проложить нейронам след из своего рода белковых «хлебных крошек», чтобы они росли в определенном направлении. Все эти условия выполняются, пока ребёнок развивается в утробе матери. Но после рождения данные процессы останавливаются. Ученые задались целью найти и включить гены, контролировавшие процессы роста нервных клеток в период развития плода. Им удалось реактивировать нервные клетки спинного мозга мышей при помощи генов, упакованных в безвредные вирусы с целью доставки их к месту назначения.
Прорыв в лечении поврежденного спинного мозга
Однако, новое исследование — это настоящий прорыв. Немецкие ученые научились восстанавливать спинной мозг: последние новости 2021 года Немецкие ученые в значительной степени продвинулись в вопросах генной инженерии. Нейростимуляция осуществляется с помощью небольшого прибора-генератора электрических импульсов, который имплантируется в область спинного мозга. Читайте самые интересные и обсуждаемые посты по теме Спинной мозг.
Прорыв в лечении поврежденного спинного мозга
В большинстве случаев инсульт спинного мозга бывает спровоцирован нарушениями работы сосудов, а не самого позвоночника. Главная» Новости» Спинной мозг новости восстановления. Ученые-медики вживляют "умный" имплантат в поврежденный участок спинного мозга, из-за которого происходит паралич нижних конечностей. Медновости. Гипотезы и открытия. Ученых заинтересовал спинной мозг в контексте проблем с памятью после COVID-19. Медновости. Гипотезы и открытия. Ученых заинтересовал спинной мозг в контексте проблем с памятью после COVID-19.