Ajuimplantaat parandab raske ajukahjustusega patsiente märkimisväärselt

21-aastaselt pöördus noore naise elu pea peale pärast seda, kui ta sai laastava liiklusõnnetuse käigus löögi pähe ja raske ajutrauma.

Ta on sellest ajast saadik elanud tagajärgedega, püüdes keskenduda piisavalt kaua, et lihtsaid igapäevatoiminguid täita. Mitme tööga žongleerimine oli peaaegu võimatu. Tema mälu läks libisema. Sõnad jäid ta keeleotsa kinni. Tema kehal näis olevat oma vaim. Pidevalt liikumises oli raske paigal istuda. Depressioon ja ärevus tumestasid ta meele.

Kaheksateist aastat hiljem tehti talle operatsioon, mis muutis taas tema elu. Pärast tema aju hoolikat kaardistamist implanteerisid kirurgid elektroodid sügavale taalamusesse. Kahest sibulakujulisest struktuurist – üks kummalgi poolkeral – on talamus aju suur keskjaam, mille ühendused ulatuvad paljudes piirkondades kaugele ja laiale. Tema kraeluu lähedusse implanteeritud stimulaator aktiveeris närviimplantaadi automaatselt 12 tunniks päevas.

Tulemused olid rabavad. Vaid kolme kuuga paranesid tema tulemused tavalises testis, mis mõõtis lugematuid kognitiivseid funktsioone. Esimest korda aastakümnete jooksul ei tundnud ta end enam kogu päeva jooksul ülekoormatuna. Ta hakkas armastama lugemist ja muid hobisid.

"Ma lihtsalt tahan mõelda," ütles ta teadlastele. "Ma kasutan oma mõistust... ma ei tea, miks, see ajab mind lihtsalt naerma, aga minu jaoks on hämmastav, et mulle meeldib neid asju teha."

P1 nime all tuntud naine osales a väike, ambitsioonikas kohtuprotsess ajuvigastustest tingitud kognitiivsete probleemide ümberpööramine. Stanfordi ülikooli dr Jaimie Hendersoni juhtimisel kliiniline uuring värbas kuus inimest, et näha, kas talamuse elektriline stimuleerimine taastab osalejate võime loogiliselt arutleda, plaane teha ja antud ülesandele keskenduda.

Keskmiselt paranes viie osaleja skoor kuni 52 protsenti, ületades meeskonna tagasihoidlikke eesmärke kaugelt üle viie korra. Kuna stimulatsioon on automaatne, jätkasid vabatahtlikud oma igapäevast elu, kui implantaat töötas kapoti all oma ravitoimeid.

Kasu oli märgatav. Üks osaleja ütles, et saab lõpuks telesaadetele keskenduda, samas kui varem oli tal probleeme lühikese tähelepanuvõime tõttu. Teine ütles, et suudab nüüd jälgida mitut tegevust ja muuta tähelepanu – näiteks hoida vestlust toidupoed ära pannes.

Kuigi teraapia on paljutõotav, nõuab see ajuoperatsiooni, mis võib olla riskantne. Üks osaleja loobus infektsiooni tõttu pooleldi. Kuid nende jaoks, kes teraapiat talusid, on see muutnud elu mitte ainult neile, vaid ka nende peredele.

«Sain tütre tagasi. See on ime,” ütles P1 pereliige.

Tunneli sügavus

Sügaval ajustimulatsioonil, teraapia tuumal, on pikk ajalugu.

Idee on lihtne. Aju tugineb mitmele paralleelselt töötavale vooluringile. Need ühendused võivad katkeda haiguse või vigastuse tõttu, muutes elektriliste signaalide koordineerimise ja mõtete või otsuste kujundamise võimatuks.

Üks lahendus on katkiste ajuvõrkude sildamine närviimplantaadiga. Tänu keerukatele implantaatidele ja tehisintellektile saame nüüd puudutada aju ja seljaaju elektrilist häält, dekodeerida nende kavatsusi ja kasutada seda "närvikoodi" robotkäte juhtimiseks või halvatud inimesed uuesti kõndima.

Kuigi need implantaadid on võimsad, istuvad need sageli aju väliskihil või seljaaju närvide ümber, millele on suhteliselt lihtne juurde pääseda.

Sügav ajustimulatsioon on väljakutse, kuna see on suunatud ajusse maetud piirkondadele. Seda tehnoloogiat, mis leiutati 1980. aastatel Parkinsoni tõve motoorsete sümptomite raviks, on sellest ajast alates kasutatud depressiooniga võitlemiseks, vaid mõne sammuga leevendab raske depressiooni sümptomeid.

Uus uuring tugines nendele tulemustele. Pikaajalise traumaatilise ajukahjustusega inimesed võitlevad sageli meeleolu ja tähelepanuvõimega, mistõttu on raske tasakaalustada mitut ülesannet ilma peavalu ja väsimuseta. Samuti on neil raske paigal istuda.

Neid funktsioone juhivad erinevad ajupiirkonnad. Kuid üks kriitiline lüli on talamus, sõlmpunkt, mis ühendab piirkondi, mis toetavad tähelepanu, meeleolu ja liikumist. Talamus koosneb kahest küüslaugukujulisest sibulast, millest igaüks paikneb aju poolkerades ja mis koordineerivad ajult tulevaid signaale. Suureks sensoorseks ülekandejaamaks on seda nimetatud "teadvuse väravaks".

Varasemad uuringud hiirtega näitasid, et osa talamusest on traumaatilise ajukahjustuse võimalik terapeutiline keskus. Teised uuringud leidsid, et piirkonna stimuleerimine oli ohutu minimaalse teadvusega inimestel ja aitas neil taastuda. See on piirkond, millele uus uuring oli suunatud.

Zapping Away

Meeskond vähendas üle 400 vabatahtliku kuuele – neljale mehele, kahele naisele, kellel esinesid mõõduka kuni raske traumaatilise ajukahjustuse sümptomid. Enne operatsiooni tehti neile mitu testi, et hinnata nende algtaseme kognitiivseid võimeid, meeleolu ja üldist eluvaadet.

Igal osalejal oli a kaubanduslikult saadav neurostimulaator implanteeritud mõlema ajupoolkera taalamusesse. Võimalike varaste mõjude tuvastamiseks pärast implanteerimist jaotati nad kolme rühma, lähtudes sellest, kui kiiresti implantaat pärast operatsiooni sisse lülitati.

Osalejad katsetasid kahe nädala jooksul erinevaid segamismustreid. Nagu Spotify esitusloendite sirvimine, leidis igaüks lõpuks oma närvistruktuurile optimeeritud mustri: stimulatsiooni ajastus ja intensiivsus võimaldasid neil mõelda selgemalt ja tunda end paremini, ilma kõrvalmõjudeta. Seejärel stimuleeris implantaat nende talamust kolme kuu jooksul 12 tundi päevas.

Tulemused olid muljetavaldavad. Üldiselt paranesid osalejad 15–52 protsenti, mõõdetuna sama kognitiivse testiga, mida kasutati nende algtaseme jaoks. Kaks patsienti, sealhulgas P1, paranesid nii palju, et nad ei vastanud enam madalama keskmise puude diagnoosile. See vaimse võimekuse suurenemine viitab sellele, et osalejad saavad minimaalse vaevaga hakkama tööga ning sõprade ja perega ühenduse loomisel, kirjutas meeskond uuringus.

Teine test peatas stimulatsiooni käputäie osalejate puhul peaaegu kuuks ajaks. Teadlased ega osalejad ei teadnud esialgu, kelle implantaadid välja lülitati. Mõne nädala jooksul märkasid kaks patsienti, et nad tunnevad end palju halvemini ja loobusid testist. Kolmest allesjäänud inimesest kahel paranes stimulaator sisselülitatud seisundis ja ühel halvenes. Edasise uurimise käigus leiti, et implantaat segas ekslikult mittereageeriva patsiendi aju, kui see oleks tulnud välja lülitada.

Kuigi kõrvaltoimed olid minimaalsed, ei seganud ravi osaleja elu. Lõikamine põhjustas mõne inimese lõualuu lihaste veidrusi. Näiteks avastas P1, et ta segas oma sõnu kõrgeima stimulatsiooni intensiivsusega. Teisel inimesel oli raskusi paigal püsimisega ja mõned kogesid meeleolumuutusi.

Uuring on veel varane ja paljud küsimused on vastuseta. Näiteks kas ravi toimib olenemata sellest, kus aju vigastati? Vabatahtlikke testiti ainult kolm kuud pärast operatsiooni, mis tähendab, et pikemaajalised paranemised, kui üldse, jäävad saladuseks. Sellegipoolest registreerusid mitmed osalejad oma implantaatide säilitamiseks ja tulevastes uuringutes osalemiseks.

Isegi nende hoiatustega olid osalejad ja nende lähedased tänulikud. "See on meile nii sügav," ütles P1 pereliige. "Ma poleks seda kunagi uskunud. See on väljaspool minu lootusi, üle ootuste. Keegi lülitas tuled uuesti sisse."

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

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://singularityhub.com/2023/12/04/brain-implant-sparks-remarkable-recovery-in-patients-with-severe-brain-injury/