Hersenimplantaat zorgt voor opmerkelijk herstel bij patiënten met ernstig hersenletsel

Op 21-jarige leeftijd werd het leven van een jonge vrouw op zijn kop gezet na een klap op het hoofd en ernstig hersenletsel tijdens een verwoestend verkeersongeval.

Sindsdien leeft ze met de gevolgen en heeft ze moeite om zich lang genoeg te concentreren om eenvoudige dagelijkse taken uit te voeren. Het combineren van meerdere klusjes was bijna onmogelijk. Haar geheugen zou wegglippen. Woorden bleven op het puntje van haar tong hangen. Haar lichaam leek een eigen wil te hebben. Omdat hij voortdurend in beweging was, was het moeilijk om stil te zitten. Depressie en angst vertroebelden haar geest.

Achttien jaar later onderging ze een operatie die haar leven opnieuw veranderde. Nadat ze haar hersenen zorgvuldig in kaart had gebracht, implanteerden chirurgen elektroden diep in de thalamus. De thalamus bestaat uit twee bolvormige structuren – één op elk halfrond – en is het Grote Centrale Station van de hersenen, waarvan de verbindingen wijd en zijd over meerdere regio’s reiken. Een stimulator, geïmplanteerd nabij haar sleutelbeen, activeerde het neurale implantaat automatisch gedurende 12 uur per dag.

De resultaten waren opvallend. In slechts drie maanden verbeterden haar scores op een standaardtest die talloze cognitieve functies meet. Voor het eerst in tientallen jaren voelde ze zich de hele dag niet meer overweldigd. Ze begon van lezen en andere hobby's te houden.

‘Ik wil gewoon nadenken’, zei ze tegen de onderzoekers. "Ik gebruik mijn verstand... Ik weet niet waarom, ik moet er gewoon om lachen, maar het is verbazingwekkend dat ik deze dingen graag doe."

De vrouw, bekend als P1, nam deel aan een kleine, ambitieuze proef proberen cognitieve problemen als gevolg van hersenletsel om te keren. Onder leiding van Dr. Jaimie Henderson aan de Stanford University, de klinische proef rekruteerde zes mensen om te zien of het elektrisch stimuleren van de thalamus het vermogen van de deelnemers herstelde om logisch te redeneren, plannen te maken en zich op een bepaalde taak te concentreren.

Gemiddeld verbeterden de scores van vijf deelnemers met maar liefst 52 procent, wat ruim vijf keer beter presteerde dan de bescheiden doelstellingen van het team. Omdat de stimulatie automatisch plaatsvindt, gingen de vrijwilligers door met hun dagelijkse leven terwijl het implantaat zijn therapeutische effecten onder de motorkap uitwerkte.

De voordelen waren merkbaar. Eén deelnemer zei dat hij zich eindelijk kon concentreren op tv-programma's, terwijl hij voorheen moeite had vanwege de korte aandachtsspanne. Een ander zei dat hij nu meerdere activiteiten kon volgen en de aandacht kon verleggen, zoals een gesprek voeren terwijl hij de boodschappen opruimde.

Hoewel veelbelovend, vereist de therapie een hersenoperatie, wat riskant kan zijn. Eén deelnemer trok zich halverwege terug vanwege een infectie. Maar voor degenen die de therapie tolereerden, was het niet alleen een levensveranderaar voor hen, maar ook voor hun families.

“Ik heb mijn dochter terug. Het is een wonder”, zei een lid van de familie van P1.

Diep tunnelen

Diepe hersenstimulatie, de kern van de therapie, kent een lange geschiedenis.

Het idee is eenvoudig. De hersenen zijn afhankelijk van meerdere circuits die achter elkaar werken. Deze verbindingen kunnen breken als gevolg van ziekte of letsel, waardoor het voor elektrische signalen onmogelijk wordt om gedachten of beslissingen te coördineren en te vormen.

Eén oplossing is om gebroken hersennetwerken te overbruggen met een neuraal implantaat. Dankzij geavanceerde implantaten en AI kunnen we nu gebruik maken van het elektrische gebabbel van de hersenen en het ruggenmerg, hun bedoelingen decoderen en deze ‘neurale code’ gebruiken om robotarmen aan te sturen of toe te staan verlamde mensen weer kunnen lopen.

Hoewel ze krachtig zijn, zitten deze implantaten vaak op de buitenste laag van de hersenen of rond zenuwen in het ruggenmerg die relatief gemakkelijk toegankelijk zijn.

Diepe hersenstimulatie vormt een uitdaging omdat het zich richt op gebieden die verborgen zijn in de hersenen. De technologie werd in de jaren tachtig uitgevonden om motorische symptomen bij de ziekte van Parkinson te behandelen en wordt sindsdien gebruikt depressie te bestrijden, waarbij slechts een paar zaps de symptomen verlichten bij ernstig depressieve mensen.

De nieuwe studie bouwde voort op deze resultaten. Mensen met langdurig traumatisch hersenletsel hebben vaak moeite met hun stemming en aandachtsspanne, waardoor het moeilijk is om meerdere taken in evenwicht te brengen zonder hoofdpijn en vermoeidheid. Ze hebben ook moeite om stil te zitten.

Deze functies worden gecontroleerd door verschillende delen van de hersenen. Maar een cruciale schakel is de thalamus, een knooppunt dat gebieden met elkaar verbindt die aandacht, stemming en beweging ondersteunen. De thalamus bestaat uit twee knoflookvormige bollen, elk genesteld in de hersenhelften, die signalen vanuit de hersenen coördineren. Het is een belangrijk sensorisch relaisstation en wordt ook wel ‘de poort naar het bewustzijn’ genoemd.

Eerdere studies bij muizen hebben een deel van de thalamus aangewezen als een potentieel therapeutisch centrum voor traumatisch hersenletsel. Andere onderzoeken hebben dat aangetoond Het stimuleren van de regio was veilig bij mensen met een minimaal bewustzijn en hielp hen herstellen. Dat is de regio waarop het nieuwe onderzoek zich richtte.

Weg zappen

Het team beperkte de ruim 400 vrijwilligers tot slechts zes: vier mannen en twee vrouwen met matige tot ernstige symptomen van traumatisch hersenletsel. Vóór de operatie kregen ze meerdere tests om hun cognitieve vaardigheden, stemming en algemene kijk op het leven te meten.

Iedere deelnemer had een in de handel verkrijgbare neurostimulator geïmplanteerd in hun thalamus in beide hersenhelften. Om mogelijke vroege effecten na de implantatie op te sporen, werden ze in drie groepen ingedeeld op basis van hoe snel het implantaat na de operatie werd ingeschakeld.

Twee weken lang experimenteerden de deelnemers met verschillende zappatronen. Net als bij het scrollen door Spotify-afspeellijsten, vonden ze uiteindelijk allemaal een patroon dat was geoptimaliseerd voor hun neurale samenstelling: door de timing en intensiteit van de stimulatie konden ze helderder denken en zich beter voelen, met minimale bijwerkingen. Het implantaat stimuleerde vervolgens hun thalamus twaalf uur per dag gedurende drie maanden.

De resultaten waren indrukwekkend. Over het geheel genomen verbeterden de deelnemers tussen de 15 en 52 procent, zoals gemeten met dezelfde cognitieve test die voor hun basislijn werd gebruikt. Twee patiënten, waaronder P1, verbeterden zo veel dat ze niet langer voldeden aan de diagnose van een lagere matige invaliditeit. Deze toename van de mentale capaciteit suggereert dat de deelnemers met minimale moeite hun werk kunnen aanpakken en opnieuw contact kunnen maken met vrienden en familie, schreef het team in het onderzoek.

Een andere test stopte de stimulatie bij een handvol deelnemers bijna een maand lang. Noch de onderzoekers, noch de deelnemers wisten aanvankelijk wiens implantaten waren uitgeschakeld. Binnen enkele weken merkten twee patiënten dat ze zich veel slechter voelden en trokken zich terug uit de test. Van de drie overgebleven mensen verbeterden er twee – en één werd slechter – toen de stimulator aan stond. Uit verder onderzoek bleek dat het implantaat ten onrechte de hersenen van de niet-reagerende patiënt zapte, terwijl het had moeten worden uitgeschakeld.

Hoewel er minimale bijwerkingen waren, verstoorde de behandeling het leven van de deelnemer niet. Het zappen veroorzaakte bij een paar mensen een vreemd gevoel in de kaakspieren. P1 merkte bijvoorbeeld dat ze haar woorden onduidelijk maakte op de hoogste stimulatie-intensiteit. Een andere persoon had moeite om stil te blijven, en sommigen ondervonden stemmingswisselingen.

Het onderzoek staat nog in de kinderschoenen en veel vragen blijven onbeantwoord. Werkt de behandeling bijvoorbeeld ongeacht waar de hersenen gewond zijn geraakt? De vrijwilligers werden slechts drie maanden na de operatie getest, wat betekent dat eventuele verbeteringen op de langere termijn een mysterie blijven. Dat gezegd hebbende, hebben meerdere deelnemers zich aangemeld om hun implantaten te behouden en deel te nemen aan toekomstige onderzoeken.

Ondanks deze kanttekeningen waren de deelnemers en hun dierbaren dankbaar. “Het is zo diepgaand voor ons”, zei het familielid van P1. “Ik zou het nooit geloofd hebben. Het gaat mijn verwachtingen en verwachtingen te boven. Iemand heeft het licht weer aangedaan.”

Krediet van het beeld: Nationaal Instituut voor Geestelijke Gezondheid, Nationale Instituten voor Gezondheid

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2023/12/04/brain-implant-sparks-remarkable-recovery-in-patients-with-severe-brain-injury/