Исследователи разработали и внедрили «мозго-спинномозговой интерфейс» (BSI), который образует неврологическую связь с использованием беспроводного цифрового моста между спинным мозгом и головным мозгом человека.
Починить спинной мозг: новые терапии на грани фантастики
Если идею ученых одобрят для использования на людях, то каждый пациент будет получать имплант, выращенный из его собственных клеток. Это позволит обойтись без подавления иммунитета человека при пересадке и поможет импланту прижиться без отторжения. Следить за событиями удобно в нашем новостном телеграм-канале.
Историк Марьяна Скуратовская Узнать больше Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки! Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате.
Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий!
Робу Саммерсу и еще трем молодым людям с повреждениями спинного мозга предложили инновационную терапию — эпидуральные стимуляторы, имплантируемые в спинной мозг. Все четыре пациента, парализованные, по крайней мере, от груди и до кончиков ног, теперь в состоянии двигать ногами.
Роб Саммерс первым получил экспериментальное лечение, разработанное доктором Регги Эдгертоном из Калифорнийского университета Лос-Анджелес и доктором Сьюзан Харкема из Университета Луисвиля Кентукки при участии наших соотечественников из Института физиологии имени Павлова Санкт-Петербург. Они опубликовали свою историю успеха в 2011 году в журнале Lancet. Вскоре стало ясно, что Роб не был счастливым исключением: метод работает , причем двое из четырех пациентов, продемонстрировавших значительный прогресс, имели диагноз «полное моторное и сенсорное поражение спинного мозга», ставшее результатом автокатастроф.
Сразу после травм никто не мог предположить, что эти больные смогут хоть в какой-то степени восстановить моторные функции. В чем суть терапии? Фото с сайта unitedspinecenter.
Все четыре пациента приобрели способность двигать ногами сразу же после имплантации и активации стимулятора, при этом движения были произвольными. Исследователи пришли к выводу, что некоторые сигнальные пути могли остаться неповрежденными после травмы, и именно они облегчают совершение произвольных движений. Мозг воспринимает сигнал стимулятора как свой собственный, и мгновенно начинает контролировать и направлять движения мышц.
Эффективность лечения значительно возрастает, если соединить стимуляцию и реабилитационную терапию, в силу способности нейронной сети спинного мозга к обучению, поэтому уже на третий день после имплантации стимулятора Роба Саммерса в специальном корсете поставили на беговую дорожку. Впервые за 4 года он стоял самостоятельно. Фото с сайта fastcoexist.
Две недели назад в журнале Scientific Reports была опубликована статья международного коллектива бразильских, американских и немецких ученых, добившихся восстановления некоторых двигательных функций у пациентов, которые в результате тяжелых травм спинного мозга были полностью парализованы в течение очень длительных сроков — от 3 до 15 лет. Метод реабилитации включал 3 компонента: виртуальную реальность, нейроинтерфейс и роботизированный экзоскелет. Нейроинтерфейс представляет собой электроэнцелограф, регистрирующий активность мозга и передающий данные в компьютер для анализа.
Когда пациент представлял себе, что он ходит, сигналы мозга, обрабатываемые компьютерной программой, приводили к тому, что аватар на экране двигался. Когда этот этап был пройден, пациенты перешли к занятиям с экзоскелетом, также управляемым нейроинтерфейсом. Летом 2014 года член научной команды, нейробилог Мигель Николелис, представил на чемпионате мира по футболу одного из своих парализованных подопечных в экзоскелете, и тот на глазах у изумленной публики ударил по мячу.
Это открытие поможет в разработке новых подходов к лечению травм спинного мозга. Полученные учеными НИЛ «Генные и клеточные технологии» новые научные результаты будут способствовать лучшему пониманию механизмов, происходящих в нервной ткани после травмы спинного мозга, и разработке новых методов лечения больных с такими травмами. На данный момент исследование перешло на стадию изучения на животных крысы, in vivo , где предстоит подтвердить все полученные результаты. Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030», которая является одной из мер государственной поддержки университетов нацпроекта «Наука и университеты». Полученные данные представлены в статье, опубликованной в специальном выпуске одного из международных журналов. Предыдущая новость.
Ученых заинтересовал спинной мозг в контексте проблем с памятью после COVID-19
Шейные позвонки зажали спинной мозг. Медновости. Гипотезы и открытия. Ученых заинтересовал спинной мозг в контексте проблем с памятью после COVID-19. Теперь же с помощью цифрового моста — электродов, помещаемых между спинным мозгом и позвоночником и имитирующих сигналы, которые поступают от головного мозга — был совершен прорыв в медицине. Несколько этапов экспериментов на мышах показали ученым возможность регенерации нейронов спинного мозга после травм позвоночника. Когда участник исследования думает о движении руки или кисти, мы «перезаряжаем» его спинной мозг и стимулируем его мозг и мышцы, чтобы помочь восстановить связи, обеспечить сенсорную обратную связь и способствовать выздоровлению. — Исследования цитокинов при травме спинного мозга помогают лучше понять патофизиологию повреждения и могут предоставить ценную информацию для разработки новых методов лечения и диагностики, — цитирует ведущего научного сотрудникоа НИЛ «Генные и.
Спинной мозг
Израильские ученые разработали имплант спинного мозга из человеческих клеток для парализованных мышей. В Университете МИСИС разработали прототип нейроимплантата, который поможет восстанавливать функции спинного мозга после травм и повреждений. Исследователи из Калифорнийского университета (University of California) опубликовали результаты своих экспериментов — им удалось восстановить целостность спинного мозга крыс с помощью нейронов, полученных из стволовых клеток. Здесь Технологии Долголетия публикуют наиболее важные и актуальные новости о продлении жизни человека и событиях, связанных с этой тематикой. Исследователи разработали и внедрили «мозго-спинномозговой интерфейс» (BSI), который образует неврологическую связь с использованием беспроводного цифрового моста между спинным мозгом и головным мозгом человека. Главная» Новости» Спинной мозг новости восстановления.
Нейрохирурги ВКО поделились опытом имплантации нейростимулятора в спинной мозг
Ходьбу сделали более естественной, поручив контроль над стимулирующим имплантатом головному мозгу. Правда, в головной мозг тоже пришлось вживить имплантат, точнее, два имплантата с 64 электродами, которые считывали импульсы из двигательных зон коры. Сигналы беспроводным образом передавались на гарнитуру, прикреплённую к голове, с неё — на лэптоп в рюкзаке за спиной. Лэптоп расшифровывал сигнал из головного мозга, чтобы стало понятно, о каком движении он думал. Дальше уже спинномозговому имплантату отправлялась информация, на какие мышцы нужно подействовать, чтобы совершить запланированное движение. Считыванием сигналов из мозга и перевод их в понятные алгоритмические команды занимаются нейрокомпьютерные интерфейсы.
Здесь нейрокомпьютерный интерфейс соединили со спинномозговым имплантатом, и вместе они продублировали исходное спинномозговое соединение, повреждённое травмой. На то, чтобы освоиться с новой системой, понадобилось сорок тренировок, после чего доброволец с двумя имплантатами начал двигаться более естественно и в произвольном ритме. Теперь он мог, например, садиться в машину и выходить из неё, и даже, как было сказано, подниматься и спускаться по лестнице. Благодаря тому, что электростимуляция спинного мозга теперь была под контролем пусть и опосредованным мозга головного, движения в щиколотках, коленях и тазобедренных суставах стали более точными хотя нельзя сказать, что человек стал двигаться абсолютно свободно — движения даются всё-таки с определённым усилием. Травма не полностью разрушила связи в спинном мозге, какие-то из них остались, и, по-видимому, благодаря системе с двумя имплантатами оставшиеся связи усилились — головной мозг стал лучше чувствовать парализованную часть тела.
Именно вставочные нейроны решают, отвечать ли организму на воздействие. Сформированный ими сигнал идёт на моторный нейрон. С помощью эфферентного выносящего волокна команда передаётся клеткам-исполнителям.
Таким образом,у нас разгибается нога при ударе по коленной чашечке и отдёргивается рука, схватившая горячий предмет. В случае спинальной травмы неизбежно проявится дисфункция тазовых органов, выражающаяся в задержке отделения мочи и стула. Впрочем, даже парезы и плегии — меньшее зло по сравнению со спинальным шоком.
При нём возникает опасное падение артериального давления. Его причина состоит в нарушении баланса между двумя отделами вегетативной автономной нервной системы: симпатики и парасимпатики. Спинальный шок «На пальцах» разницу между ними понять нетрудно.
Симпатика отвечает за возбуждение и тонус. Парасимпатика — за торможение и релаксацию. На упрощённой схеме видно, что центры, отвечающие за иннервацию органов, расположены в порядке иерархичности сверху вниз.
В случае спинальной травмы без нормальной иннервации остаётся всё, находящееся ниже места разрыва. Релакс может быть очень плохим, особенно когда им занимаются кровеносные сосуды. Их стенка расслабляется, падает перфузионное давление — и клетки остаются без кислорода из кровотока.
Продукты распада тоже никто не выводит. Сначала клетки пытаются бороться. По мере исчерпания ресурсов они переходят на более экономный путь извлечения энергии.
Детский вопрос: зачем мы дышим? И правда, зачем людям вообще нужен кислород? Биохимики знают ответ.
Кислород — краеугольный камень цикла Кребса. Именно на кислороде пересекается три принципиально важных пути метаболизма: клеточное дыхание, гликолиз и электрон-транспортная цепочка. Цикл Кребса — это биохимическая топка, лежащая в основе снабжения организма энергией.
Поначалу он кажется глобальным и монструозным, хотя в биохимии бывают и другие штуки, более трудные для восприятия. Например, орнитиновый цикл. Так или иначе, все пути метаболизма рано или поздно замкнутся на цикле лимонной кислоты.
При отсутствии кислорода метаболизм переключается на анаэробный путь. При нём возникает меньше энергии, а ещё — изменение pH крови в кислую сторону. Показатель pH — величина логарифмическая.
Это значит, что численный показатель изменяется на одну величину при увеличении или уменьшении в соответствующее количество раз. Со школьной скамьи мы знаем разницу между кислотами и основаниями. Мол, кислота — это водород с кислотным остатком, а щёлочь — металл с ним же.
В биохимии всё немного иначе. Тут кислота — любой донор электронов, а основание, соответственно, будет его акцептором. Всё бы ничего, но атом, получивший положительный или отрицательный заряд становится ионом.
Ионы проявляют высокую химическую активность и ведут себя крайне агрессивно, особенно в отношении клеточных мембран. Нарастающий ацидоз ломает клеточные мембраны, что приводит к выходу продуктов распада и литических ферментов. В норме литические ферменты сидят запертыми в специальных органеллах клетки.
Вырвавшись наружу, эти вещества начинают переваривать всё подряд. В такой ситуации становится как-то не до гемодинамики. Падение артериального давления становится катастрофическим.
Сердце вроде бы качает кровь, лёгкие работают, но тело всё равно страдает от гипоксии. Спинальный шок, как и все экстремальные состояния, находится в ведении анестезиологии-реаниматологии. Этот раздел медицины занимается протезированием жизненно важных функций.
Интенсивная терапия шоков — дело сложное, крайне дорогое и не всегда успешное. Организм человека обладает резервом прочности за счёт буферных систем, но, будучи выбитым из равновесия, моментально уходит в крутое пике. Каждый новый виток патофизиологического круга усиливает предыдущий, и последствия могут быть самыми плачевными.
Спинномозговые имплантаты Допустим, человека удалось спасти. Его жизнедеятельности ничто не угрожает, но он остаётся прикованным к кровати. Можно ли вернуть спинальному пациенту возможность активных движений?
Сейчас мы способны утвердительно ответить на этот вопрос. Путь к реабилитации предлагает индустрия нейропротезирования. Блог FirstVDS уже писал о современной бионике.
Мы освещали бионическое протезирование конечностей , глаз , ушей , немного коснулись искусственного производства внутренних органов методом биопринтинга. В контексте сегодняшнего материала всё куда сложнее. Нервная система биологична, высокоорганизованна и подчиняется законам кибернетики.
Она работает на каскадах электрохимических процессов в нейронах. Нервные сети накладываются друг на друга, порой самым неочевидным образом. Они сильно подвержены индивидуальной изменчивости.
После нашего экскурса в анатомию читатель видит, насколько сложная задача стоит перед производителями спинномозговых имплантатов. Если рука или даже глаз кое-как согласны мириться с бионикой, то полностью помирить мозг и металл ещё никому не удалось. Впрочем, существует несколько обходных тропинок.
В XXI веке мы не способны заменить головной или спинной мозг, но можем помочь электрическим импульсам в прохождении места разрыва. Этот материал создавался на основе статьи « Walking naturally after spinal cord injury using a brain—spine interface », опубликованной в журнале «NATURE» 24 мая 2023 года. В ходе исследования учёные смогли восстановить активные движения ног с помощью спинномозгового электростимулятора.
Он представляет собой цифровой мост, установленный в эпидуральном пространстве. Спинной мозг оплетён тремя оболочками: твёрдой, мягкой и паутинной.
Эксперименты в этом направлении велись давно, однако работоспособность некоторых двигательных функций не возвращалась. Теперь нейробиологи восстановили связи так, чтобы волокна соединялись с поврежденными зонами.
Исследователи провели опыт на мышах с относительно легкими травмами, а также на грызуне с серьезным повреждением спинного мозга.
Предполагается, что российский препарат может быть представлен на рынке уже в 2025 году, оказавшись на переднем крае борьбы с такими серьезными состояниями.
Ученые вернули возможность ходить мышам с травмами спинного мозга
| Травматическое повреждение спинного мозга (Continuum, февраль 2024) > MedElement | Теперь нейробиологи восстановили связи так, чтобы волокна соединялись с поврежденными зонами. Исследователи провели опыт на мышах с относительно легкими травмами, а также на грызуне с серьезным повреждением спинного мозга. |
| Травматическое повреждение спинного мозга (Continuum, февраль 2024) | Что происходит во время травмы? |
Нейрохирурги ВКО поделились опытом имплантации нейростимулятора в спинной мозг
После нанесения этим подопытным мышам травм с повреждением спинного мозга в их эпендимальных клетках включалась программа превращения в олигодендроциты, которые затем мигрировали в места демиелинизации аксонов и ремиелинизировали их. Травма спинного мозга (ТСМ) – это сложное неврологическое состояние, вызывающее физическую инвалидность, психологический стресс. Новости науки. от исследовательских организаций. Генетически модифицированные нервные стволовые клетки демонстрируют многообещающий терапевтический потенциал при повреждении спинного мозга. MedAboutMe Новости. Целью исследователей было заставить расти в нужном направлении аксоны – отростки нервных клеток, которые и составляют спинной мозг. Болезни спинного мозга — это патологические состояния, вызванные пороками развития, дегенеративными изменениями, опухолями, сосудистыми нарушениями и повреждениями спинномозгового канала, которые приводят к структурно-функциональным изменениям отделов. Все новости Лента новостей Hardware Software События в мире В мире игр IT рынок Новости сайта.
Нейрохирурги ВКО поделились опытом имплантации нейростимулятора в спинной мозг
| Впервые в мире: ученые Университета «Сириус» разработали мягкий нейроимплант спинного мозга | Немецкие ученые научились восстанавливать спинной мозг: последние новости 2021 года. Ученые нашли способ восстановления ходьбы после повреждения спинного мозга —. |
| Регенерация нейронов: ученые вернули ходьбу мышам, парализованным после травмы | | Человеку с серьезной травмой позвоночника беспроводным способом подсоединили спинной мозг к головному — это вернуло пациенту подвижность, сообщает Science Alert со ссылкой на статью в журнале Nature. |
| Ученые из Израиля успешно провели первую в мире 3D-трансплантацию тканей спинного мозга человека | — Исследования цитокинов при травме спинного мозга помогают лучше понять патофизиологию повреждения и могут предоставить ценную информацию для разработки новых методов лечения и диагностики, — цитирует ведущего научного сотрудникоа НИЛ «Генные и. |
Российский нейроимплант поможет двигаться пациентам с травмами спинного мозга
В частности, экзоптеновая терапия может изменить правила лечения поражений и, прежде всего, направлена на улучшение качества жизни пациентов. Что отличает exopten от других препаратов, так это его уникальный метод интраназальной доставки. Эта технология может предоставить более удобный и подходящий вариант лечения для пациентов. Назальная терапия позволяет быстро воздействовать на центральную нервную систему и является неоспоримым преимуществом адекватного лечения пораженного спинного мозга пациента».
Это не слишком похоже на естественный контроль движения, а ходить пациенты могут если вообще могут только с опорой и только по беговой дорожке или ровным поверхностям. Устройство испытали на мужчине 38 лет, который десять лет назад упал с велосипеда и получил неполную травму спинного мозга и перестал ходить. Несколько лет назад пациент уже участвовал в клиническом испытании: это была пятимесячная программа нейрореабилитации, основанная на все той же эпидуральной стимуляции спинного мозга.
Тогда стимуляция помогла ему снова начать ходить — с помощью ходунков с колесом. Также удалось восстановить частичную подвижность без стимуляции. Еще три года мужчина применял стимуляцию дома, но ходить он мог только по плоским поверхностям, и ему было трудно останавливаться и снова начинать движение. Подниматься и спускаться по пандусам или лестницам он не мог. Тогда он решил поучаствовать в новом исследовании. Сначала ученые выяснили, какие именно области коры мозга пациента больше всего вовлечены в попытки двигать ногами — это нужно было, чтобы понять, где размещать имплантаты, которые будут считывать сигналы. Имплантаты — это 2 титановых круглых корпуса диаметром 5 сантиметров, внутри которых сетка из 64 электродов.
Врачи встроили их в череп пациента, присоединив электроды к твердой мозговой оболочке левого и правого полушария.
Несмотря на то, что исследование нейрорегенеративных подходов, таких как трансплантация стволовых клеток, продолжается, эти методы остаются в основном исследовательскими. По-прежнему необходимы дальнейшие исследования для ускорения функционального восстановления пациентов с травматическими повреждениями спинного мозга. ВАЖНЫЕ МОМЕНТЫ: Травматическое повреждение спинного мозга - это сложное и разрушительное состояние, которое приводит к долгосрочному неврологическому дефициту с глубокими физическими, социальными и профессиональными последствиями, приводящими к снижению качества жизни, особенно у пациентов с тяжелыми последствиями. Изначальное лечение травматических повреждений спинного мозга требует комплексной междисциплинарной помощи для устранения потенциально катастрофических мультисистемных последствий.
Естественные науки Биология Технологии Биотехнологии 13. Проблема Наши нервные клетки образуют сложные сети, которые непрерывно обмениваются информацией с мозгом.
В свою очередь, спинной мозг является «магистральной линией» этой коммуникационной сети и к тому же берет на себя часть двигательных функций, управляет некоторыми процессами жизнедеятельности. Сам спинной мозг весит всего 30-35 грамм, имеет диаметр около 1 см и длину 40-45 см. В сравнении со многими другими органами, спинной мозг просто крохотный, но, тем не менее, он исключительно важен. Разорванные периферические нервные цепи способны регенерировать и вновь соединятся, хотя и в ограниченных пределах. Проще говоря, если пучок нервных волокон перерезать сверхтонким скальпелем, то нервные волокна довольно быстро прорастут навстречу друг другу и соединятся. Правда соединятся, скорее всего, не все клетки — не все «разлученные» аксоны найдут друг друга. Из-за этого пучок нервных волокон немного уменьшит свою пропускную способность, однако при небольшом порезе пальца вряд ли проявятся какие-либо побочные эффекты.
Но спинной мозг выполняет намного более сложные функции, чем простые периферические нейронные пути, поэтому травма позвоночника приводит к тяжелым последствиям, например повреждение самых крупных двигательных нейронов приводит к параличу ниже места травмы. Существуют перспективные технологии по «сплавлению» нейронов, например с помощью полиэтиленгликоля PEG или полисахарида хитозана. В ходе многочисленных лабораторных экспериментов, проводимых с 1999 года, эти вещества, введенные точно в место повреждения позвоночника, смогли частично восстановить функциональность спинного мозга. В частности в 2000 году был проведен эксперимент на свиньях, в ходе которого в спинной мозг животного спустя 8 часов после травмы ввели PEG. Проблема этих, казалось бы очень успешных, экспериментов в том, что в них позвоночник травмируется сверхострыми лезвиями, что радикально ускоряет процесс сращивания аксонов, особенно в присутствии PEG или стволовых клеток. В реальности травмы мозга обычно связанны с обширным повреждением нервной ткани позвоночника, с гибелью участков протяженностью в 0,5-1 см. Полностью соединить такой разрыв нервных путей ученые до сих пор не могут.
Поиск решения Казалось бы, при нынешнем уровне развития техники «перебросить» набор электрических импульсов от одного нервного пучка к другому не очень сложно. К сожалению, имплантация и присоединение электродов ко множеству нейронов спинного мозга еще долгое время будет фантастикой и гораздо перспективнее найти способ «заставить» организм самостоятельно излечить травму. Определенные успехи в этой области уже есть.