Ученые-медики вживляют "умный" имплантат в поврежденный участок спинного мозга, из-за которого происходит паралич нижних конечностей. Столь необычный способ управления кресла в первую очередь предназначен для страдающих повреждением спинного мозга, передают американские СМИ.
Впервые в мире: ученые Университета «Сириус» разработали мягкий нейроимплант спинного мозга
| Российский нейроимплант поможет двигаться пациентам с травмами спинного мозга | Спинной мозг новости восстановления. |
| ФГБНУ «Аналитический центр» - 29 мая 2023 г. - EPFL: встать на ноги после травмы спинного мозга | Эти детали могут быть полезны для понимания принципов регенерации поврежденных аксонов спинного мозга", — рассказывает Роман Борисюк из Института математических проблем биологии РАН, чьи слова приводит пресс-служба заведения. |
| Всего одна субпопуляция нейронов помогла пациентам начать ходить после паралича | 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 - | Новости науки. от исследовательских организаций. Генетически модифицированные нервные стволовые клетки демонстрируют многообещающий терапевтический потенциал при повреждении спинного мозга. |
| Ученые вернули возможность ходить мышам с травмами спинного мозга | 40-летний мужчина смог снова ходить благодаря "цифровому мосту", который беспроводным способом соединяет головной мозг с участком спинного мозга, сообщает Sky News. |
Life78 показал, как пациенты с травмой спинного мозга начинают ходить
Дмитрий Усачов, директор Центра нейрохирургии им. Бурденко, академик РАН, президент Ассоциации нейрохирургов России: «В России выполняется 190 тысяч нейрохирургических операций, из них 95 тысяч — на спинном мозге. 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. Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Гарвардского университета провели исследование, которое может иметь огромное значение для восстановления спинного мозга после травмы. Новости окружающая среда Спинной мозг беспроводным способом подкл.
Главный онколог «СМ-Клиника» об опухолях спинного мозга
Эксперименты проводились на грызунах. Целью исследователей было заставить расти в нужном направлении аксоны — отростки нервных клеток, которые и составляют спинной мозг. Необходимо было добиться, чтобы они не только выросли в заданном направлении, но и могли передавать электрические импульсы через поврежденные ткани и образовавшиеся рубцы. Без этого животное или человек с полностью разорванным спинным мозгом будет оставаться парализованным. 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.
ВАЖНЫЕ МОМЕНТЫ: Травматическое повреждение спинного мозга - это сложное и разрушительное состояние, которое приводит к долгосрочному неврологическому дефициту с глубокими физическими, социальными и профессиональными последствиями, приводящими к снижению качества жизни, особенно у пациентов с тяжелыми последствиями. Изначальное лечение травматических повреждений спинного мозга требует комплексной междисциплинарной помощи для устранения потенциально катастрофических мультисистемных последствий. Текущие усилия направлены на оптимизацию и адаптацию изначальных подходов к лечению и разработку эффективных методов лечения для нейропротекции и нейрорегенерации для улучшения долгосрочного функционального восстановления.
Алгоритм принятия решения об иммобилизации и методах визуализации пациентов, перенесших травматическое повреждение шейного отдела спинного мозга.
Как поведал в интервью изданию «Комсомольская правда» Александр Евгеньевич Яковлев, хирург, руководивший операцией, Метод нейростимуляции на сегодняшний день считается наиболее эффективным способом подавления хронического болевого синдрома. При этом он обратимый и исключает побочные эффекты и клинически значимые осложнения. Нейростимуляция осуществляется с помощью небольшого прибора-генератора электрических импульсов, который имплантируется в область спинного мозга. Вся система внешне не видна, так как находится под кожей и не стесняет движений пациента.
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. Возможно разделение на группы по ряду признаков — расположение опухолевого очага относительно спинного мозга, позвоночника или мозговых оболочек, особенности гистологической картины, а также конкретная локализация поражения. Если делить опухоли по происхождению, их можно отнести к двум группам: первичные — это ткань опухоли, которая развилась из клеток самого спинного мозга, его корешков или оболочек; вторичные — это опухоли иной локализации, поражающие спинной мозг в том числе — метастатические. По расположению опухоли можно разделить их на несколько групп: экстрадуральная опухоль — очаг над областью твердой мозговой оболочки; интрадуральная — опухоль под твердой оболочкой; интрамедуллярная — растет внутри спинного мозга, происходя из его клеток.
Травматическое повреждение спинного мозга (Continuum, февраль 2024)
Этот препарат призван помочь в лечении травм спинного мозга, устраняя воспалительный процесс и способствуя более эффективной реабилитации, пишет ТАСС. Ученые-медики вживляют "умный" имплантат в поврежденный участок спинного мозга, из-за которого происходит паралич нижних конечностей. Нейроинтерфейс, соединяющий спинной и головной мозг, позволил пациенту с повреждением спинного мозга лучше ходить — сначала со стимуляцией, а потом и без нее. Новости окружающая среда Спинной мозг беспроводным способом подкл. Болезни спинного мозга — это патологические состояния, вызванные пороками развития, дегенеративными изменениями, опухолями, сосудистыми нарушениями и повреждениями спинномозгового канала, которые приводят к структурно-функциональным изменениям отделов.
Впервые в мире: ученые Университета «Сириус» разработали мягкий нейроимплант спинного мозга
Нейроинтерфейс, соединяющий спинной и головной мозг, позволил пациенту с повреждением спинного мозга лучше ходить — сначала со стимуляцией, а потом и без нее. Травмы спинного мозга сегодня практически не поддаются лечению, ежегодно обрекая тысячи людей на жизнь в инвалидном кресле. 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.
Ученые восстановили разрушенный спинной мозг
С начала 2023 года в клинике реабилитации ФГБУ «НМХЦ им. Н.И. Пирогова» МЗ РФ проводится исследование: «Эффективность функциональных и силовых тренажеров Ильясова в реабилитации пациентов после травмы шейного отдела спинного мозга». Российские учёные работают над особым типом клеток, на основе которых может быть создан инновационный клеточный продукт, который поможет пациентам с травмами спинного мозга, особенно в ситуациях, когда сформировались постравматические кисты. Z-новости. В РФ создали препарат со стволовыми клетками для лечения травмы спинного мозга. Немецкие ученые научились восстанавливать спинной мозг: последние новости 2021 года. Ученые нашли способ восстановления ходьбы после повреждения спинного мозга —. Этот препарат призван помочь в лечении травм спинного мозга, устраняя воспалительный процесс и способствуя более эффективной реабилитации, пишет ТАСС. 40-летний мужчина смог снова ходить благодаря "цифровому мосту", который беспроводным способом соединяет головной мозг с участком спинного мозга, сообщает Sky News.
Ученые разработали новый метод лечения травмы спинного мозга
Спинальный шок, как и все экстремальные состояния, находится в ведении анестезиологии-реаниматологии. Этот раздел медицины занимается протезированием жизненно важных функций. Интенсивная терапия шоков — дело сложное, крайне дорогое и не всегда успешное. Организм человека обладает резервом прочности за счёт буферных систем, но, будучи выбитым из равновесия, моментально уходит в крутое пике. Каждый новый виток патофизиологического круга усиливает предыдущий, и последствия могут быть самыми плачевными. Спинномозговые имплантаты Допустим, человека удалось спасти.
Его жизнедеятельности ничто не угрожает, но он остаётся прикованным к кровати. Можно ли вернуть спинальному пациенту возможность активных движений? Сейчас мы способны утвердительно ответить на этот вопрос. Путь к реабилитации предлагает индустрия нейропротезирования. Блог FirstVDS уже писал о современной бионике.
Мы освещали бионическое протезирование конечностей , глаз , ушей , немного коснулись искусственного производства внутренних органов методом биопринтинга. В контексте сегодняшнего материала всё куда сложнее. Нервная система биологична, высокоорганизованна и подчиняется законам кибернетики. Она работает на каскадах электрохимических процессов в нейронах. Нервные сети накладываются друг на друга, порой самым неочевидным образом.
Они сильно подвержены индивидуальной изменчивости. После нашего экскурса в анатомию читатель видит, насколько сложная задача стоит перед производителями спинномозговых имплантатов. Если рука или даже глаз кое-как согласны мириться с бионикой, то полностью помирить мозг и металл ещё никому не удалось. Впрочем, существует несколько обходных тропинок. В XXI веке мы не способны заменить головной или спинной мозг, но можем помочь электрическим импульсам в прохождении места разрыва.
Этот материал создавался на основе статьи « Walking naturally after spinal cord injury using a brain—spine interface », опубликованной в журнале «NATURE» 24 мая 2023 года. В ходе исследования учёные смогли восстановить активные движения ног с помощью спинномозгового электростимулятора. Он представляет собой цифровой мост, установленный в эпидуральном пространстве. Спинной мозг оплетён тремя оболочками: твёрдой, мягкой и паутинной. 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.
Показатели ранней и отсроченной смертности у пациентов с травматическими повреждениями спинного мозга по-прежнему высоки, и выжившие часто сталкиваются со значительными долговременными физическими и функциональными нарушениями. Несмотря на то, что исследование нейрорегенеративных подходов, таких как трансплантация стволовых клеток, продолжается, эти методы остаются в основном исследовательскими. По-прежнему необходимы дальнейшие исследования для ускорения функционального восстановления пациентов с травматическими повреждениями спинного мозга.
ВАЖНЫЕ МОМЕНТЫ: Травматическое повреждение спинного мозга - это сложное и разрушительное состояние, которое приводит к долгосрочному неврологическому дефициту с глубокими физическими, социальными и профессиональными последствиями, приводящими к снижению качества жизни, особенно у пациентов с тяжелыми последствиями.
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. Электрическую активность считывают методом электромиографии со множества мышц нижней конечности.
Биполярные электроды Delsys Trygno устанавливают на подвздошно-поясничную, прямую, полусухожильную, латеральную широкую, переднюю большеберцовую и прочие мышцы ноги. Каждую пару электродов ставили на брюшко мышцы, ориентировав продольно по ходу волокон. Компьютер регистрирует непрерывные ЭМГ-сигналы на частоте 2 кГц с полосовой фильтрацией в диапазоне 20-450 Гц. Ещё одна пара электромиографических электродов стала над позвоночником между грудным и поясничным отделом. Она отсекает артефакты стимуляции, позволяя процессору работать с чистым сигналом. Нейротехнологии в обычной жизни Используя спинномозговой интерфейс, участник эксперимента смог стоять и ходить. Разумеется, этот факт открыл дорогу к использованию нейроимплантатов не только в условиях лаборатории, но и дома.
Интегрированная система состоит из умных «ходунков». На них расположен ноутбук, соединённый через USB с базовой станцией. От неё запитаны все имплантаты. Коннектор в гарнитуре интегрирован с антеннами, упомянутыми в предыдущих абзацах. Человек общается с аппаратно-программной частью устройства с помощью адаптивного тактильного интерфейса. Время динамической калибровки занимает менее 5 минут с минимальным вмешательством человека. Запуск алгоритмов, калибровка и локальное изменение двигательной модели происходит средствами программной оболочки.
ПО приняло на себя самую тяжелую работу, позволив пациенту не отвлекаться от самой важной задачи: реабилитации. В нашем случае пациент смог покинуть кресло-каталку и одолеть лестницу, не приспособленную для людей с ограниченными возможностями. Физические принципы, направленные на восстановление иннервации у спинальных пациентов, доказали свою эффективность у двух групп людей. К первой относятся пациенты с неполным сенсомоторным блоком. У них изначально были проводящие пути и нормальная скелетная мускулатура, но эффективной передаче импульса препятствовал локус травмы. В этом случае цифровой мост облегчал прохождение электрохимического сигнала. Со второй группой ситуация немного сложнее.
Это люди с полным сенсомоторным блоком. У них полностью разрушен канал передачи данных между головным и спинным мозгом. Авторы оригинального исследования приводят данные, что с помощью цифрового моста им удалось добиться уверенного хождения у трёх добровольцев с полным сенсомоторным блоком. Судя по всему, они перенесли травму относительно недавно, раз их спинной мозг ещё помнил, как правильно иннервировать ноги. На данный момент можно выделить три основных ограничения в применении и массовом внедрении нейроимплантатов. Мы не будем останавливаться на экономических составляющих вроде стоимости оборудования и производства, технологической базы государства, наличия профильных специалистов и платёжеспособности клиента. Эти аспекты понятны и так.
Параметры стимуляции должны быть точно подогнаны под целевую мускулатуру и выполнение конкретной задачи. Начало стимуляции должно идеально совпадать с возникновением электрической активности в сенсомоторной коре головного мозга, которое мы считаем намерением к движению. В конце концов, без верной модуляции будет невозможно подобрать нужную амплитуду сигналов. По идее, спинномозговой интерфейс обходит все три ограничения. Его преимущество в том, что «родные» пути нервной системы и протезные тропинки сходятся на одних и тех же нейронах, которые сами ждут команды к действию. В ответ на работу нейроимплантатов начинается реорганизация нейронных сетей. Организм старается максимально привыкнуть к новым сигналам и учится давать на них адекватный ответ.
В статье от «Nature» можно увидеть сведения о том, что некоторые пациенты с тотальной плегией научились поднимать ногу в бедре. Это уже прогресс, ведь такой человек, ранее прикованный к инвалидному креслу, теперь способен ходить на костылях. Эксперты выделяют ряд путей для дальнейшего совершенствования технологии. Главный из них — уменьшение линейных размеров коркового имплантата и базовой станции. Спинномозговой имплантат должен получить средства для предельной минимизации задержек беспроводной связи. Сами по себе кортикальные и спинальные имплантаты уже сейчас работают как звенья одной цепи, но у них есть задел для более тесной интеграции.
Фото с сайта telegraph. Им удалось восстановить целостность спинного мозга крыс с помощью нейронов, полученных из стволовых клеток. Клетки начали функционировать подобно другим клеткам спинного мозга — они формировали полноценные синапсы, что помогло вернуть крысам подвижность. Попытки «починить» спинной мозг таким образом предпринимались давно, однако никому из ученых ранее не удавалось достичь успеха. Фото с сайта independent. Впрочем, пока о клинических испытаниях терапии на людях говорить преждевременно. В ближайшее время авторы протестируют разработанную ими технологию на более крупных животных. Чуть раньше были опубликованы результаты исследований австралийских ученых из Университета Нового Южного Уэльса. Им удалось перепрограммировать клетки костной и жировой тканей в индуцированные мультипотентные стволовые клетки, способные участвовать в регенерации любых тканей. Команда ученых уже успешно испытала полученные стволовые клетки на мышах. Теперь ученые считают, что в 2017 году они смогут протестировать клетки на людях. С помощью новых клеток авторы планируют лечить паралич и справиться с другими заболеваниями, например, с хроническими болями в спине или последствиями травм. В октябре 2014 года в журнале Cell Transplantation был опубликован отчет о еще одной инновационной медицинской технологии , разработанной группой польских и английских медиков во главе с нейрохирургом Павлом Табаковым. Сорокалетний Дерек Фидика в 2010 году после удара ножом в спину оказался парализован от груди и ниже. После двух лет безуспешной терапии медики решились на экспериментальный вид лечения. Врачи провели операцию по извлечению обонятельной луковицы пациента, затем в специальных условиях были выращены особые клетки обонятельной выстилки носа, известные своей способностью проводить нервные импульсы. После этого были сделаны микро-инъекции клеток в область повреждения спинного мозга. Наконец, в ту же область были имплантированы четыре полоски нервной ткани. По словам врачей, пересаженные клетки, прижившись в спинном мозге, стали выполнять функцию по проведению нервных импульсов между клетками самого мозга, таким образом способствуя их регенерации и восстановлению активности. Уже спустя три месяца после вмешательства пациент почувствовал первые изменения, ощутив мышцы собственной ноги.
Впервые в мире: ученые Университета «Сириус» разработали мягкий нейроимплант 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. После нанесения этим подопытным мышам травм с повреждением спинного мозга в их эпендимальных клетках включалась программа превращения в олигодендроциты, которые затем мигрировали в места демиелинизации аксонов и ремиелинизировали их. Этот препарат призван помочь в лечении травм спинного мозга, устраняя воспалительный процесс и способствуя более эффективной реабилитации, пишет ТАСС. написали исследователи. По сути дела, спинной мозг — это нервная трубка, которая выросла, достигла размера 40–45 сантиметров и выполняет в нашем организме очень важные функции, связанные с управлением телом.