Engineers have designed a wireless ‘brain 페이스 메이커’ which can detect and prevent tremors or seizures in patients suffering from neurological disorders
세계보건기구(WHO)에 따르면누구) neurological disorders affect more than one billion people worldwide and it causes more than 6 million deaths annually. These disorders include epilepsy, 알츠하이머 병, 뇌졸증 또는 부상 및 파킨슨 병. 이러한 질병의 영향은 선진국과 개발도상국 모두에 존재하며 적절한 의료 시스템, 훈련된 인력 또는 기타 요인의 부족으로 인해 치료가 불가능한 경우가 많습니다. 세계 인구는 고령화되고 있으며 WHO에 따르면 향후 30~40년 안에 인구의 절반 이상이 65세 이상이 될 것입니다. 가까운 장래에 신경계 장애가 큰 건강 부담이 될 것이라는 점을 이해하는 것이 필수적입니다.
뇌를 위한 '심장박동기'
Engineers from University of California Berkeley USA have designed a novel neurostimulator which can simultaneously listen (‘record’) and also stimulate (‘deliver’) electric current inside the brain. Such a device can provide a perfected personalized treatment for patients suffering from neurological disorders particularly Parkinson’s disease and epilepsy. The device is coined WAND (wireless artifact-free neuromodulation device), and it could be also called as a ‘뇌박동기’ similar to the heart 페이스 메이커 – a tiny, battery-operated device which is able to sense when the heart is beating irregularly and then delivers a signal to the heart to achieve the desired correct pace. Similarly, the brain 페이스 메이커 is able to wirelessly and autonomously monitor the brain’s electrical activity and once it has learned to identify signs or features of a tremor or 발작 뇌에서 장치는 문제가 있을 때 '올바른' 전기 자극을 전달하여 자극 매개변수를 자가 조정할 수 있습니다. 동시에 기록하고 자극할 수 있고 실시간으로 다양한 매개변수를 조정할 수 있는 폐쇄 루프 시스템입니다. WAND는 폐쇄 루프 시스템에서 125개 이상의 채널을 통해 뇌의 전기적 활동을 기록할 수 있습니다. 실제 시연을 위해 연구원들은 WAND가 영장류 원숭이(히말라야 원숭이)의 매우 특정한 팔 움직임을 성공적으로 지연시키기 위한 적절한 조치를 인식하고 적절한 조치를 취할 수 있음을 보여주었습니다.
이전 장치의 과제
신경계 질환이 있는 환자에게 적합한 치료법을 찾는 데 있어 가장 큰 어려움 중 하나는 먼저 절차를 찾는 데 오랜 시간이 걸리고 그 다음에는 높은 비용이 소요된다는 것입니다. 그러한 장치는 환자의 떨림이나 압수를 매우 효과적으로 방지할 수 있습니다. 그러나 실제 발작이나 떨림 전에 오는 전기적 신호는 매우 미묘합니다. 또한 이러한 떨림이나 발작을 예방하는 능력이 있는 원하는 전기 자극의 빈도와 강도도 매우 민감합니다. 이것이 특정 환자에 대한 작은 조정이 그러한 장치가 최적의 치료를 제공할 수 있기까지 일반적으로 몇 년이 걸리는 이유입니다. 이러한 과제가 적절하게 충족되면 결과와 접근성이 확실히 증가할 수 있습니다.
에 발표 된 새로운 연구에서 자연 생체 공학, 연구자들은 장치가 최적의 자극을 제공하여 환자에게 최상의 결과를 제공하기를 원했습니다. 이것은 패턴이나 신경 신호를 기록하고 경청함으로써만 달성할 수 있습니다. 그러나 자극에 의해 전달되는 큰 맥동은 뇌의 전기 신호를 압도할 수 있으므로 전기 신호를 기록하고 자극하는 것은 매우 어렵습니다. 현재 심뇌 자극기의 문제는 뇌의 동일한 영역에 자극을 '기록'하는 동시에 '전달'할 수 없다는 것입니다. 이 측면은 모든 폐쇄 루프 요법에서 가장 중요하며 그러한 장치는 현재 상업적으로 이용 가능하거나 다른 방식으로 이용 가능하지 않습니다.
여기에서 WAND의 탁월함이 그림으로 나타납니다. 연구원들은 미세한 뇌파와 더 강한 전기 맥동 모두에서 완전한 신호를 '기록'할 수 있는 WAND 맞춤형 회로를 설계했습니다. 전기 맥동에서 신호를 빼면 기존 장치로는 할 수 없는 뇌파 신호가 더 명확해집니다. 따라서 뇌의 동일한 영역에서 동시 자극과 기록은 이상적인 치료를 설계하는 데 사용할 수 있는 정확한 사건을 전달합니다. WAND를 사용하면 다양한 애플리케이션에서 사용할 수 있도록 재프로그래밍할 수 있습니다. 원숭이에 대한 라이브 실험에서 WAND 장치는 신경 신호를 감지하는 데 능숙했으며 원하는 전기 자극을 전달할 수 있었습니다. 이 두 가지 작업을 함께 수행하는 폐쇄 루프 시스템이 처음으로 시연되었습니다.
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출처
Zhou A et al 2018. 인간이 아닌 영장류의 폐쇄 루프 자극 및 기록을 위한 무선 및 인공물이 없는 128채널 신경 조절 장치. 자연 생체 공학.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
