Ученые предложили чаще использовать нейростимуляцию спинного мозга электричеством с помощью небольшого вживляемого стимулятора. 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. Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Гарвардского университета провели исследование, которое может иметь огромное значение для восстановления спинного мозга после травмы.
В России проведена операция по установке нейростимулятора в спинной мозг
Интерстициальный матрикс, тем временем, был преобразован в гидрогель. Поскольку гель был изготовлен из собственных тканей каждого человека, это исключало возможность его отторжения иммунной системой при имплантации в организм. Некоторые образцы жировой ткани живота, использованные в исследовании. Sagol Center for Regenerative Biotechnology После этого стволовые клетки были введены в гидрогель с помощью " технологии, имитирующей эмбриональное развитие спинного мозга". Через 30 дней была получена партия трехмерных имплантатов спинного мозга, каждый из которых состоял из нейронных сетей, содержащих двигательные нейроны.
Впоследствии они были пересажены мышам, которые потеряли возможность пользоваться левой задней лапой из-за частичного разрыва спинного мозга. В одной группе, которая совсем недавно получила травму, имплантат успешно устранил разрыв в спинном мозге, что позволило 100 процентам мышей полностью восстановить работу задней лапы после процесса реабилитации. В другой группе, которая была травмирована шестью неделями ранее, процент успеха составил около 80 процентов - в этом случае перед установкой имплантата пришлось удалить рубцовую ткань, образовавшуюся в месте травмы.
Позвоночник защищает крошечный спинной мозг, который весит лишь 35 грамм.
Препарат спинного мозга Без него мы бы утратили возможность двигаться и шевелить конечностями. Травмы 2023 Выпущено вживляемое в тело устройство для реабилитации людей с травмами спинного мозга 15 мая 2023 года компания Onward Medical со штаб-квартирой в Эйндховене Нидерланды сообщила о первом успешном использовании имплантируемого устройства ARC-IM для реабилитации людей с травмами спинного мозга.
Можно ли как-то восстановить подвижность тела?
С одной стороны, есть масса исследовательских попыток напрямую зарастить повреждение в спинном мозге, простимулировать рост нервов , чтобы пучки нервов до места травмы и после нашли друг друга, чтобы нейронная спинномозговая «электропроводка» снова стала непрерывной. Доброволец, чьи ноги были парализованы после несчастного случая одиннадцать лет назад, тренируется согласовывать работу нейроинтерфейса и спинномозгового имплантата. Потому что спинной мозг — это не просто шлейф проводов, передающий сообщения между центрами головного мозга и подведомственными им органами.
Если говорить о скелетных мышцах, то спинномозговые нейроны образуют довольно сложные специализированные сети, ответственные за сохранение равновесия, координацию при ходьбе, контролирующие скорость и направление движения и т. Получая информацию от мышц и кожи, нейронные сети спинного мозга могут вносить поправки в двигательную программу, корректируя её в зависимости от ощущений. Способность человека или животного управлять своими движениями зависит не только от контактов спинномозговых нейронов с центрами головного мозга, но и от целостности таких вот сетей в самом спинном мозге.
Стимулируя двигательные сети спинного мозга, можно научить его управлять ногами, которые после травмы остались парализованными. Много лет назад сотрудники Федеральной политехнической школы Лозанны вместе с коллегами из других научных центров начали экспериментировать с такой стимуляцией. Мы неоднократно писали об этих экспериментах.
Когда мы говорим «стимуляция спинного мозга», нужно помнить, насколько непросто простимулировать спинномозговые нейроны так, чтобы получить правильную последовательность движений.
При заболеваниях и травмах нервной системы ученые научились восстанавливать утраченные функции с применением нейроимплантов, состоящих из наборов электродов. Электроды устанавливают так, чтобы они воздействовали током на нервные волокна в головном или спинном мозге в нужных участках — там, где что-то нарушено из-за болезни или где можно воздействовать на какую-либо зону и за счет ее активности решить проблему. Такой имплант берет на себя функции поврежденных нейронных структур и генерирует последовательность импульсов в соответствии с биологическим паттерном движения. Однако все еще остается нерешенной одна из главных задач — разработка интерфейсов электродов с оптимальными механическими, электрическими и биологическими свойствами. Нейроимплант располагается между костью, то есть жесткой тканью, и спинным мозгом — мягкой тканью, и вся эта конструкция находится еще и в движении, именно поэтому материал, из которого изготавливается нейроимплант, должен быть максимально похож на ткань нервной системы.
Ученые вернули возможность ходить мышам с травмами спинного мозга
Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Гарвардского университета провели исследование, которое может иметь огромное значение для восстановления спинного мозга после травмы. А в участок спинного мозга, контролирующий движения ног, был имплантирован электронный нейростимулятор, который, стимулируя спинной мозг, заставляет его активизировать мышцы нижних конечностей. Несколько этапов экспериментов на мышах показали ученым возможность регенерации нейронов спинного мозга после травм позвоночника. Медновости. Гипотезы и открытия. Ученых заинтересовал спинной мозг в контексте проблем с памятью после COVID-19. РИА Новости: Бойцы ВС РФ спаслись от дронов ВСУ на машине с "Волнорезом".
Починить спинной мозг: новые терапии на грани фантастики
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. Здесь нейрокомпьютерный интерфейс соединили со спинномозговым имплантатом, и вместе они продублировали исходное спинномозговое соединение, повреждённое травмой. На то, чтобы освоиться с новой системой, понадобилось сорок тренировок, после чего доброволец с двумя имплантатами начал двигаться более естественно и в произвольном ритме. Теперь он мог, например, садиться в машину и выходить из неё, и даже, как было сказано, подниматься и спускаться по лестнице. Благодаря тому, что электростимуляция спинного мозга теперь была под контролем пусть и опосредованным мозга головного, движения в щиколотках, коленях и тазобедренных суставах стали более точными хотя нельзя сказать, что человек стал двигаться абсолютно свободно — движения даются всё-таки с определённым усилием. Травма не полностью разрушила связи в спинном мозге, какие-то из них остались, и, по-видимому, благодаря системе с двумя имплантатами оставшиеся связи усилились — головной мозг стал лучше чувствовать парализованную часть тела.
Разумеется, нужно помнить, что систему с двумя имплантатами испытали пока только на одном-единственном человеке, и что в мозг хирургическим путём вживили набор из нескольких десятков электродов — а такие операции не всегда проходят абсолютно удачно. Тем не менее, даже в таком единичном варианте видно, что подход с нейроинтерфейсом и спинномозговой стимуляцией как таковой работает. Возможно, в перспективе «метод двух имплантатов» станет более безопасным и более простым для использования в разных медицинских центрах — если только его в принципе не отодвинет в сторону какая-то другая биомедицинская технология.
В ходе операции устройство подключается непосредственно к спинному мозгу. Метод электростимуляции достаточно эффективен, так как позволяет избежать нежелательных побочных эффектов в виде воздействия лекарства на печень и почки. 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.
Пациенты жалуются на проблемы с памятью, мышлением и обучением. Однако последние исследования помогают лучше понять проблему. У большей части из них были когнитивные нарушения. 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.
Полный перечень лиц и организаций, находящихся под судебным запретом в России, можно найти на сайте Минюста РФ.
В России разработали препарат для лечения травм спинного мозга
Спинной мозг был полностью просмотрен, в результате нами был поставлен диагноз – острый миелит, – рассказала врач-невролог Кировской областной детской клинической больницы Ирина Крутихина. 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. Спинной мозг новости восстановления. Этот препарат призван помочь в лечении травм спинного мозга, устраняя воспалительный процесс и способствуя более эффективной реабилитации, пишет ТАСС.
В России разработали препарат для лечения травм спинного мозга
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.
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.
Болезнь редкая, история обычная. Третий день после операции, выписка через два дня.
На съезде Российской ассоциации хирургов-вертебрологов рассказали, насколько востребована эта профессия. 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.
Вы можете себе представить, какой объем операций по стране. Пациентов с патологией позвоночника и спинного мозга очень много, работать и работать». На 12-й съезд ассоциации пригласили не только нейрохирургов и травматологов, но и огромное количество других специалистов.
Участников более 700. Оказывается, с болезнями позвоночника очень многое связано.
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. Предложенное средство значительно снижает воспалительный процесс в месте травмы или совсем устраняет.
С его помощью разные участки спинного мозга будут стимулировать. На туловище надевают так называемый жилет, который поддерживает вес тела. Затем начинаются тренировки. Пациента отправляют на лечебную физкультуру, где учат заново ходить. Все данные о движениях парализованного животного в режиме онлайн поступают в специальную компьютерную программу. Дело в том, что активность спинного мозга распределяется по-разному даже во время обыкновенного шага. Когда мы поднимаем ногу — работает одна часть нейронов. Когда опускаем — другая.
Вести с полей: спинной мозг и движение
– Опухоли спинного мозга, – говорит врач-онколог Александр Серяков, – это патологические новообразования злокачественной и доброкачественной природы, которые локализуются в области спинного мозга. 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. РИА Новости: Бойцы ВС РФ спаслись от дронов ВСУ на машине с "Волнорезом". «Функциональность имплантов спинного мозга была изучена с использованием тестов in vivo на лабораторных животных, которые показали высокую эффективность предлагаемой технологии для мониторинга и стимуляции нейрональной активности у млекопитающих». Потому что через так называемый гематоэнцефалический барьер, который отделяет мозг от кровотока, проникают не все противовирусные лекарства. Новости науки и техники/.
Спинной мозг подсоединили к головному и вернули человеку с травмой позвоночника подвижность
В ближайшее время авторы планируют исследовать разработанную ими технологию на более крупных животных. Восстановление спинного мозга актуально и в свете готовящийся первой в мире трансплантации головы. Обнаружили ошибку?
К сожалению, исследования показали, что восстановление происходит только на коротких расстояниях — при небольшой ширине разрыва между участками спинного мозга. Больше всего повезло тем собакам , у которых были нарушены связи между близкорасположенными нейронами, что соответствует тонкому хирургическому разрезу или несильному сдвигу позвонков. Тем не менее, уже это является большим достижением. Один из хозяев собаки, отмечает, что это похоже на чудо: «До инъекции наш пес Джаспер не мог ходить и ползал, волоча задние ноги, а теперь он носится вокруг нашего дома и не отстает от других собак». В настоящее время ученые работают над созданием матриц, которые «укажут» клеткам OEC куда надо расти, чтобы восстановить связь в позвоночнике.
Подобная технология сможет обеспечить восстановление нейронных связей даже при потере большого количества нейронов, как бывает, например, в случае компрессионных переломов. Пока идет работа над полным излечением травм спинного мозга, ученые из Case Western Reserve University и клиники Кливленда пытаются хотя бы частично улучшить состояния людей с очень серьезными повреждениями нервной ткани. В случае с обширной потерей нейронов пока почти нет надежды на полное исцеление, но для пациентов было бы большим облегчением восстановить хотя бы частичную функциональность парализованной части туловища. Успехи в этой области уже есть, и они весьма существенные. Американским ученым удалось восстановить у подопытных крыс контроль над мочевым пузырем, причем потеря контроля произошла в результате серьезной травмы позвоночника: полного перерезания позвоночного столба с массивной потерей нейронов. С помощью двух десятков нервных волокон ученые соединили разорванный спинной мозг. На рисунке видны нервные волокна и тонкий металлический проводок, защищающий новое нервное соединение от обрыва Ученые не ставили перед собой задачу полностью вернуть подопытным мышам подвижность — это было невозможно при такой серьезной травме. Вместо этого была проделана кропотливая работа по пересадке нервной ткани из груди крыс в место повреждения в позвоночнике.
Спустя много месяцев нейроны, подпитанные специальными химическими веществами и факторами роста, смогли прорасти навстречу разорванным участкам спинного мозга и соединить его через огромный по медицинским меркам разрыв шириной более 5 мм. В итоге получилось тонкое, всего в примерно 20 нервных волокон, соединение, которое, конечно, не могло полностью восстановить функциональность спинного мозга. Тем не менее, впоследствии, мыши восстановили некоторый контроль над потерянными функциями организма, в частности смогли контролировать мочевой пузырь. Потенциально, данная методика может помочь восстановить множество других функций, в частности 2 года назад с ее помощью у крыс с менее тяжелыми повреждениями мозга восстановили контроль над дыхательными мышцами. Возможно, в перспективе с помощью подобной технологии все же можно будет ремонтировать обширные повреждения спинного мозга и полностью восстанавливать его функциональность. Также, в мае 2012 года ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны сообщили об открытии совершенно нового пути лечения травм позвоночника.
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. 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.
Результаты полностью оправдали ожидания ученых. Аксоны прорастали сквозь рубцовую ткань. В значительной части случаев по другую сторону разрыва были зафиксированы новые нейронные связи. Правда, пока не удалось добиться восстановления подвижности у животных, парализованных в результате повреждения спинного мозга, но ученые считают, что «новорожденные» аксоны следует с нуля учить выполнять их функции, и не сомневаются в успехе. Читайте далее.