Hjerneimplantat giver en bemærkelsesværdig genopretning hos patienter med alvorlig hjerneskade

Hjerneimplantat giver en bemærkelsesværdig genopretning hos patienter med alvorlig hjerneskade

Tidsstempel: 4. december 2023 kl. 5:15
Hjerneimplantat giver en bemærkelsesværdig genopretning hos patienter med svær hjerneskade PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.

21 år gammel blev en ung kvindes liv vendt på hovedet efter at have fået et slag i hovedet og en alvorlig hjerneskade under en ødelæggende trafikulykke.

Hun har levet med konsekvenserne lige siden, og hun har kæmpet for at fokusere længe nok til at udføre simple hverdagsopgaver. Det var næsten umuligt at jonglere med flere gøremål. Hendes hukommelse ville glide. Ord ville sætte sig fast på spidsen af ​​hendes tunge. Hendes krop så ud til at have sit eget sind. Konstant i bevægelse var det svært at sidde stille. Depression og angst forplumrede hendes sind.

Atten år senere gennemgik hun en operation, der igen ændrede hendes liv. Efter omhyggeligt at have kortlagt hendes hjerne, implanterede kirurger elektroder dybt ind i thalamus. Lavet af to løgformede strukturer - en på hver halvkugle - thalamus er den store hovedstation i hjernen, dens forbindelser rækker vidt og bredt på tværs af flere regioner. En stimulator, implanteret nær hendes kraveknogle, aktiverede automatisk det neurale implantat i 12 timer om dagen.

Resultaterne var slående. På bare tre måneder blev hendes score forbedret på en standardtest, der målte utallige kognitive funktioner. For første gang i årtier følte hun sig ikke længere overvældet i løbet af dagen. Hun begyndte at elske at læse og andre hobbyer.

"Jeg vil bare tænke," sagde hun til forskerne. "Jeg bruger mit sind ... jeg ved ikke hvorfor, det får mig bare til at grine, men det er fantastisk for mig, at jeg nyder at gøre disse ting."

Kvinden, kendt som P1, deltog i en lille, ambitiøs prøvelse søger at vende kognitive problemer fra hjerneskader. Ledet af Dr. Jaimie Henderson ved Stanford University, det kliniske forsøg rekrutterede seks personer for at se, om elektrisk stimulering af thalamus genoprettede deltagernes evne til logisk at ræsonnere, lægge planer og fokusere på en given opgave.

I gennemsnit blev fem af deltagernes score forbedret med op til 52 procent, hvilket langt oversteg holdets beskedne mål med mere end fem gange. Fordi stimuleringen er automatisk, gik de frivillige i deres daglige liv, mens implantatet havde sine terapeutiske virkninger under hætten.

Fordelene var mærkbare. En deltager sagde, at han endelig kunne koncentrere sig om tv-programmer, hvorimod han tidligere kæmpede på grund af kort opmærksomhed. En anden sagde, at han nu kunne spore flere aktiviteter og skifte opmærksomhed - som at holde en samtale, mens han lægger dagligvarer væk.

Mens den lover, kræver terapien hjernekirurgi, hvilket kan være risikabelt. En deltager trak sig midtvejs på grund af infektion. Men for dem, der tolererede terapien, har det været en livsforandrende ikke kun for dem, men for deres familier.

"Jeg fik min datter tilbage. Det er et mirakel,” sagde et medlem af P1s familie.

Tunneler dybt

Dyb hjernestimulering, kernen i terapien, har en lang historie.

Ideen er enkel. Hjernen er afhængig af flere kredsløb, der arbejder sammen. Disse forbindelser kan bryde på grund af sygdom eller skade, hvilket gør det umuligt for elektriske signaler at koordinere og danne tanker eller beslutninger.

En løsning er at bygge bro over ødelagte hjernenetværk med et neuralt implantat. Takket være sofistikerede implantater og AI kan vi nu bruge hjernens og rygmarvens elektriske skravling, afkode deres hensigt og bruge denne "neurale kode" til at drive robotarme eller tillade lammet folk til at gå igen.

Selvom de er kraftige, sidder disse implantater ofte på det ydre lag af hjernen eller omkring nerver i rygmarven, som er relativt nemme at få adgang til.

Dyb hjernestimulering udgør en udfordring, fordi den retter sig mod områder begravet inde i hjernen. Opfundet i 1980'erne til behandling af motoriske symptomer ved Parkinsons sygdom, er teknologien siden blevet brugt at bekæmpe depression, med blot et par zaps, der lindrer symptomer hos svært deprimerede.

Den nye undersøgelse byggede på disse resultater. Mennesker med langvarig traumatisk hjerneskade kæmper ofte med humør og opmærksomhed, hvilket gør det svært at balancere flere opgaver uden hovedpine og træthed. De kæmper også for at sidde stille.

Disse funktioner styres af forskellige områder af hjernen. Men et kritisk led er thalamus, en hub, der forbinder regioner, der understøtter opmærksomhed, humør og bevægelse. Thalamus består af to hvidløgsformede løg, som hver er beliggende i hjernens halvkugler, som koordinerer signaler fra hele hjernen. En stor sensorisk relæstation, den er blevet døbt "porten til bevidsthed."

Tidligere undersøgelser på mus pegede på en del af thalamus som et potentielt terapeutisk knudepunkt for traumatisk hjerneskade. Andre undersøgelser fandt det at stimulere regionen var sikkert hos mennesker med minimal bevidsthed og hjalp dem med at komme sig. Det er den region, den nye undersøgelse retter sig mod.

Zapper væk

Holdet indsnævrede over 400 frivillige til kun seks - fire mænd, to kvinder med moderate til svære traumatiske hjerneskadesymptomer. Før operationen blev de givet flere tests for at måle deres kognitive baseline evner, humør og generelle syn på livet.

Hver deltager havde en kommercielt tilgængelig neurostimulator implanteret i deres thalamus i begge hjernehalvdele. For at fange potentielle tidlige effekter efter implantation blev de tildelt tre grupper baseret på, hvor hurtigt implantatet blev tændt efter operationen.

Deltagerne eksperimenterede med forskellige zappemønstre i to uger. Ligesom at rulle gennem Spotify-afspilningslister, fandt hver til sidst et mønster, der var optimeret til deres neurale makeup: Stimuleringens timing og intensitet tillod dem at tænke klarere og føle sig bedre med minimale bivirkninger. Implantatet stimulerede derefter deres thalamus 12 timer om dagen i tre måneder.

Resultaterne var imponerende. Samlet set forbedrede deltagerne sig mellem 15 og 52 procent målt ved den samme kognitive test, der blev brugt til deres baseline. To patienter, inklusive P1, forbedredes så meget, at de ikke længere opfyldte diagnosen lavere moderat funktionsnedsættelse. Dette boost i mental kapacitet antyder, at deltagerne kan tackle arbejdet og genoprette forbindelsen til venner og familie med minimal kamp, ​​skrev holdet i undersøgelsen.

En anden test stoppede stimulationen hos en håndfuld deltagere i næsten en måned. Hverken forskerne eller deltagerne vidste i første omgang, hvis implantater var slukket. Inden for få uger bemærkede to patienter, at de havde det meget værre og trak sig tilbage fra testen. Af de tre tilbageværende personer blev to forbedret – og én blev værre – med stimulatoren tændt. Yderligere undersøgelser viste, at implantatet fejlagtigt zappede den ikke-reagerende patients hjerne, da den skulle have været slukket.

Selvom der var minimale bivirkninger, forstyrrede behandlingen ikke deltagerens liv. Zappingen forårsagede nogle mærkelige kæbemuskler hos nogle få mennesker. P1 oplevede for eksempel, at hun slørede sine ord, når hun var på den højeste stimulationsintensitet. En anden person havde problemer med at holde sig stille, og nogle oplevede humørsvingninger.

Undersøgelsen er stadig tidligt, og mange spørgsmål er stadig ubesvarede. Virker behandlingen for eksempel uanset hvor hjernen blev skadet? De frivillige blev kun testet i tre måneder efter operationen, hvilket betyder, at forbedringer på længere sigt, hvis nogen, forbliver et mysterium. Når det er sagt, meldte flere deltagere sig på for at beholde deres implantater og deltage i fremtidige undersøgelser.

Selv med disse forbehold var deltagere og deres kære taknemmelige. "Det er så dybt for os," sagde P1s familiemedlem. "Jeg ville aldrig have troet det. Det er over mit håb, over al forventning. Nogen tændte lyset igen."

Billede Credit: National Institute of Mental Health, National Institutes of Health

Tidsstempel:

Mere fra Singularitet Hub