Носимое устройство для стимуляции мозга может сделать терапию на ходу реальностью

Исследователи из Института автоматизации Китайской академии наук разработали компактное устройство для стимуляции мозга, работающее от аккумулятора и способное генерировать терапевтические магнитные импульсы, пока человек идёт или занимается повседневными делами.

Рекуррентная транскраниальная магнитная стимуляция используется для лечения таких состояний, как депрессия, двигательные нарушения, связанные с инсультом, и другие нервно-психические расстройства. Она также используется в исследованиях когнитивных и двигательных функций.

Существующие системы необходимо подключать к источнику питания, и они имеют громоздкую конструкцию, предназначенную для стационарного использования в клинических условиях. Эти ограничения не позволяют проводить стимуляцию во время естественных движений, таких как стояние и ходьба, что делает лечение в домашних условиях или на ходу нецелесообразным.

Исследования того, как меняется активность мозга в динамичной среде, остаются незавершёнными, поскольку существующие устройства нельзя использовать во время свободного поведения. Пациенты, проходящие лечение, должны ежедневно посещать больницу в течение длительного времени, что влияет на приверженность лечению и увеличивает расходы. Ни одна система с питанием от аккумулятора или носимая система ранее не достигала уровня интенсивности, необходимого для запуска прямых нейронных реакций в мозге.

В исследовании «Носимое устройство для повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции головного мозга», опубликованном в Nature Communications, исследователи разработали и протестировали портативную систему стимуляции мозга, объединив лёгкую конструкцию катушки с технологией высоковольтных импульсов, чтобы обеспечить терапевтическую стимуляцию во время естественных движений человека.

В общей сложности 15 здоровых взрослых людей в возрасте от 25 до 40 лет приняли участие в тестировании на людях.

Исследователи начали с разработки катушки, устанавливаемой на голове и способной создавать сильные магнитные поля при использовании только энергии аккумулятора. Традиционные системы работают от электросети высокого напряжения, сильно нагреваются и слишком тяжелы для использования в качестве носимых устройств. Чтобы решить эту проблему, команда разработала новую компактную катушку в форме восьмёрки, использующую специализированные материалы для сердечника, которые усиливают магнитное поле и снижают энергопотребление.

Блок управления и питания весом чуть больше килограмма крепился на спине с помощью плечевых ремней. В него был встроен преобразователь высокой мощности, который выдавал импульсы до 1600 вольт и 500 миллиампер от 18-вольтовой батареи. Устройство восстанавливало энергию после каждого импульса, чтобы продлить срок службы батареи и ограничить выделение тепла.

Катушка крепилась на голове участников с помощью эластичного ремня с мягкой подкладкой, который оборачивался под подбородком для устойчивости. Это позволяло носить всю систему, не ограничивая движения при ходьбе или стоянии.

Тесты включали моделирование силы электрического поля в моделях головы человека и сравнение с коммерческим устройством. Были измерены и сопоставлены с традиционными системами ширина импульса, интенсивность магнитного потока, повышение температуры и частота повторения.

После технической проверки на людях участники получали магнитную стимуляцию моторной коры головного мозга в положении сидя и во время ходьбы. Чтобы убедиться, что мозг реагирует, были записаны потенциалы, вызванные движением, в мышцах рук и ног, чтобы подтвердить, что магнитные импульсы достигают моторных областей мозга.

В условиях ходьбы амплитуда мышечных реакций увеличилась более чем в два раза по сравнению с показателями в состоянии покоя. Эти результаты подтвердили, что устройство обеспечивает эффективную стимуляцию даже во время естественных движений.

Магнитные импульсы, генерируемые носимой катушкой, достигали 1,2 Тесла при ширине импульса 348 микросекунд, что сопоставимо с коммерческими системами стимуляции мозга. Система работала на частотах до 100 Гц и поддерживала стандартные протоколы стимуляции, включая 10-герцовые и тета-импульсы.

Работа от аккумулятора позволяла выдавать более 8000 импульсов умеренной интенсивности за один заряд. Температура катушки оставалась ниже пороговых значений безопасности, установленных международными стандартами для медицинского оборудования, во время высокочастотного использования. Инфракрасная съемка показала равномерное распределение тепла, и даже после длительных сеансов перегрева не наблюдалось.

Хотя все испытания проводились в контролируемых лабораторных условиях, авторы предполагают, что будущие версии устройства могут поддерживать использование в домашних условиях или в мобильных устройствах после разработки протоколов безопасности и систем удалённого контроля.

Планы по использованию в будущем включают интеграцию с системами мониторинга мозга, чтобы обеспечить обратную связь в реальном времени и адаптивную стимуляцию, которые могут использоваться в терапевтических целях.

Источник: Medical Xpress