Hjerneimplantat gir bemerkelsesverdig restitusjon hos pasienter med alvorlig hjerneskade

Hjerneimplantat gir bemerkelsesverdig restitusjon hos pasienter med alvorlig hjerneskade

Tidsstempel: 4. desember 2023 5:15
Hjerneimplantat gir bemerkelsesverdig utvinning hos pasienter med alvorlig hjerneskade PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

21 år gammel ble en ung kvinnes liv snudd på hodet etter å ha fått et slag i hodet og alvorlig hjerneskade under en ødeleggende trafikkulykke.

Hun har levd med konsekvensene siden den gang, og slitt med å fokusere lenge nok til å fullføre enkle hverdagsoppgaver. Å sjonglere flere oppgaver var nesten umulig. Hukommelsen hennes ville glippe. Ord ville sette seg fast på tuppen av tungen hennes. Kroppen hennes så ut til å ha et eget sinn. Stadig i bevegelse var det vanskelig å sitte stille. Depresjon og angst forvirret sinnet hennes.

Atten år senere gjennomgikk hun en operasjon som igjen forandret livet hennes. Etter nøye kartlegging av hjernen hennes, implanterte kirurger elektroder dypt inn i thalamus. Laget av to bulbøse strukturer - en på hver halvkule - thalamus er den store sentralstasjonen i hjernen, og dens forbindelser strekker seg vidt og bredt over flere regioner. En stimulator, implantert nær kragebeinet hennes, aktiverte automatisk nevrale implantatet i 12 timer om dagen.

Resultatene var slående. På bare tre måneder ble poengsummen hennes forbedret på en standardtest som målte utallige kognitive funksjoner. For første gang på flere tiår følte hun seg ikke lenger overveldet gjennom dagen. Hun begynte å elske lesing og andre hobbyer.

"Jeg bare - jeg vil tenke," sa hun til forskerne. "Jeg bruker tankene mine ... jeg vet ikke hvorfor, det får meg bare til å le, men det er utrolig for meg at jeg liker å gjøre disse tingene."

Kvinnen, kjent som P1, deltok i en liten, ambisiøs rettssak søker å reversere kognitive problemer fra hjerneskader. Ledet av Dr. Jaimie Henderson ved Stanford University, den kliniske utprøvingen rekrutterte seks personer for å se om elektrisk stimulering av thalamus gjenopprettet deltakernes evne til å logisk resonnere, legge planer og fokusere på en gitt oppgave.

I gjennomsnitt ble fem av deltakernes poengsum forbedret med opptil 52 prosent, og klarte seg langt bedre enn lagets beskjedne mål med over fem ganger. Fordi stimuleringen er automatisk, gikk de frivillige i hverdagen mens implantatet virket sine terapeutiske effekter under panseret.

Fordelene var merkbare. En deltaker sa at han endelig kunne konsentrere seg om TV-programmer, mens han tidligere slet på grunn av kort oppmerksomhet. En annen sa at han nå kunne spore flere aktiviteter og bytte oppmerksomhet – som å holde en samtale mens han legger matvarer unna.

Selv om den er lovende, krever terapien hjernekirurgi, noe som kan være risikabelt. En deltaker trakk seg midtveis på grunn av infeksjon. Men for de som tolererte terapien, har det vært en livsforandrende ikke bare for dem, men for deres familier.

«Jeg fikk datteren min tilbake. Det er et mirakel,” sa et medlem av P1s familie.

Tunneler dypt

Dyp hjernestimulering, kjernen i terapien, har en lang historie.

Ideen er enkel. Hjernen er avhengig av flere kretser som fungerer i tandem. Disse forbindelsene kan bryte på grunn av sykdom eller skade, noe som gjør det umulig for elektriske signaler å koordinere og danne tanker eller beslutninger.

En løsning er å bygge bro over ødelagte hjernenettverk med et nevralt implantat. Takket være sofistikerte implantater og kunstig intelligens kan vi nå tappe inn i hjernen og ryggmargens elektriske skravling, dekode intensjonen deres og bruke denne "nevrale koden" til å drive robotarmer eller tillate lammet folk til å gå igjen.

Selv om de er kraftige, sitter disse implantatene ofte på det ytre laget av hjernen eller rundt nerver i ryggmargen som er relativt enkle å få tilgang til.

Dyp hjernestimulering er en utfordring fordi den retter seg mot områder begravet inne i hjernen. Oppfunnet på 1980-tallet for å behandle motoriske symptomer ved Parkinsons sykdom, har teknologien siden blitt brukt å bekjempe depresjon, med bare noen få zaps som lindrer symptomene hos alvorlig deprimerte.

Den nye studien bygde på disse resultatene. Personer med langvarig traumatisk hjerneskade sliter ofte med humør og oppmerksomhet, noe som gjør det vanskelig å balansere flere oppgaver uten hodepine og tretthet. De sliter også med å sitte stille.

Disse funksjonene styres av forskjellige områder av hjernen. Men en kritisk kobling er thalamus, et knutepunkt som forbinder regioner som støtter oppmerksomhet, humør og bevegelse. Thalamus består av to hvitløksformede pærer, hver plassert i hjernehalvdelene, som koordinerer signaler fra hele hjernen. En stor sensorisk reléstasjon, den har blitt kalt "porten til bevissthet."

Tidligere studier på mus pekte på en del av thalamus som et potensielt terapeutisk knutepunkt for traumatisk hjerneskade. Andre studier fant det å stimulere regionen var trygt hos mennesker med minimal bevissthet og hjalp dem til å komme seg. Det er regionen den nye studien rettet seg mot.

Zapping unna

Teamet reduserte over 400 frivillige til bare seks – fire menn, to kvinner med moderate til alvorlige traumatiske hjerneskadesymptomer. Før operasjonen ble de gitt flere tester for å måle deres grunnleggende kognitive evner, humør og generelle syn på livet.

Hver deltaker hadde en kommersielt tilgjengelig nevrostimulator implantert i thalamus i begge hjernehalvdelene. For å fange opp potensielle tidlige effekter etter implantasjon, ble de tildelt tre grupper basert på hvor raskt implantatet ble slått på etter operasjonen.

Deltakerne eksperimenterte med forskjellige zappemønstre i to uker. Som å bla gjennom Spotify-spillelister, fant hver til slutt et mønster optimalisert for deres nevrale makeup: Stimuleringens timing og intensitet tillot dem å tenke klarere og føle seg bedre, med minimale bivirkninger. Implantatet stimulerte deretter thalamus deres 12 timer om dagen i tre måneder.

Resultatene var imponerende. Totalt sett forbedret deltakerne seg mellom 15 og 52 prosent målt ved den samme kognitive testen som ble brukt for deres baseline. To pasienter, inkludert P1, ble så mye bedre at de ikke lenger møtte diagnosen lavere moderat funksjonshemming. Denne økningen i mental kapasitet antyder at deltakerne kan takle arbeidet og koble seg tilbake til venner og familie med minimal kamp, ​​skrev teamet i studien.

En annen test stoppet stimuleringen hos en håndfull deltakere i nesten en måned. Verken forskerne eller deltakerne visste først hvis implantater ble slått av. I løpet av uker la to pasienter merke til at de følte seg mye verre og trakk seg fra testen. Av de tre gjenværende personene ble to bedre – og én ble verre – med stimulatoren på. Ytterligere undersøkelser fant at implantatet feilaktig zappet i hjernen til den ikke-reagerende pasienten da den burde vært slått av.

Selv om det var minimale bivirkninger, forstyrret ikke behandlingen deltakerens liv. Zappingen forårsaket noen merkelige kjevemuskler hos noen få personer. P1, for eksempel, fant ut at hun slurvet ordene sine når hun var på den høyeste stimuleringsintensiteten. En annen person hadde problemer med å holde seg i ro, og noen opplevde humørsvingninger.

Studien er fortsatt tidlig, og mange spørsmål er fortsatt ubesvart. Virker for eksempel behandlingen uavhengig av hvor hjernen ble skadet? De frivillige ble bare testet i tre måneder etter operasjonen, noe som betyr at forbedringer på lengre sikt forblir et mysterium. Når det er sagt, meldte flere deltakere seg på for å beholde implantatene og delta i fremtidige studier.

Selv med disse forbeholdene var deltakerne og deres kjære takknemlige. "Det er så dypt for oss," sa P1s familiemedlem. «Jeg ville aldri trodd det. Det er over mitt håp, over all forventning. Noen har slått på lyset igjen.»

Bilde Credit: Nasjonalt institutt for psykisk helse, Nasjonalt helseinstitutt

Tidstempel:

Mer fra Singularity Hub