В Швейцарии разработали наушники для реабилитации после инсульта. Они могут заменить сложные и дорогие импланты

Что произошло

Инженеры ETH Zurich разработали «умный» наушник, который призван помогать людям, перенесшим инсульт, быстрее восстанавливать физическую активность.

• Наушник использует электрические импульсы для стимуляции блуждающего нерва и восстановления поврежденных нейронных цепей.

Это похоже на перенастройку программного обеспечения мозга: стимуляция нерва способствует нейропластичности, помогает формированию новых синапсов и способствует повторному обучению физическим действиям.

Дейн Донеган
соавтор разработки

• Ранее клинические исследования уже подтвердили, что стимуляция блуждающего нерва играет важную роль в реабилитации областей мозга, поврежденных в результате инсульта. Однако традиционные методы требуют проведения дорогостоящей операции под общим наркозом, чтобы имплантировать устройство для стимуляции. 
• Наушники представляют собой безопасную и более доступную альтернативу. Кроме того, они не требуют наблюдения в больнице и могут использоваться пациентом дома.

Детали

Исследователи используют датчик движения, который работает как смарт-часы. Его необходимо установить на той части тела, где нарушена двигательная функция, например на руке.

• С помощью специального ПО устройство анализирует движения в режиме реального времени и передает сигнал на наушник, когда пациент выполняет движения наиболее правильно.
• Наушник, воздействуя на внешнее ухо, запускает стимуляцию блуждающего нерва. Это помогает мозгу быстрее запомнить правильную последовательность движений. Это воздействие можно рассматривать как обучение с последующим подкреплением.
• Команда планирует провести дополнительные тесты на здоровых людях, прежде чем начинать клинические испытания. 

Контекст

Исследователи ищут способы ускорить реабилитацию пациентов после инсульта и вернуть им контроль над их телом.

• В 2016 году ученые из Университета Джона Хопкинса провели исследование, доказавшее, что мозг можно перепрограммировать так, чтобы одна область брала на себя функции, обычно выполняемые другой. Исследователи обучили мышей особым образом доставать пищу. Обычно за подобные действия отвечает часть мозга, называемая первичной моторной корой. Затем ученые повредили эту моторную кору. Как и ожидалось, мыши больше не могли выполнять задачу достаточно точно, однако через 2 дня их начали повторно обучать, и через неделю навык полностью вернулся. Поврежденная часть мозга мышей не восстановилась, но за дело взялась другая область, называемая медиальной премоторной корой. При этом выяснилось, что большую роль играют сроки: чем больше времени прошло после повреждения мозга, тем меньших результатов можно добиться.
• В 2022 году ученые доказали, что противоэпилептический препарат габапентин способствует формированию новых связей между клетками мозга после инсульта. Во время экспериментов на мышах лекарство действовало на их мозг, блокируя некоторые типы кальциевых ионных каналов. Исследователи обнаружили, что эти белковые структуры «тормозят» формирование новых связей между нервными клетками. Активность каналов резко повышается после инсульта и мешает восстановлению работы мозга.
• В феврале 2023-го ученые из Питсбургского университета предложили способ восстановления подвижности рук с помощью электростимуляции спинного мозга. Двум пациенткам, перенесшим инсульт, имплантировали тонкие металлические электроды вдоль верхней части спинного мозга, чтобы воздействовать на нервы, контролирующие мышцы рук и кистей. Внешние кабели электродов подключили к лабораторной системе стимулирования. В ходе четырехнедельного эксперимента пациентки впервые за многие годы смогли выполнять различные движения руками, в том числе брать мелкие предметы, сжимать и разжимать кулак, пользоваться вилкой и ножом.

Почему это важно

По данным ВОЗ, инсульт остается второй по значимости причиной смерти и третьей — инвалидности. В развитых странах инсульт ежегодно случается у 2,5 тыс. человек на 1 млн населения. Особенно высок риск его развития у пациентов, достигших 55-летнего возраста.

• В период с 1990 по 2019 год абсолютное количество инсультов увеличилось на 70%. В мире каждый год инсульт переживают около 13 млн человек, 5,5 млн умирают.
• Воздействие инсульта может быть краткосрочным и долгосрочным, в зависимости от того, какая часть мозга поражена. Люди, пережившие инсульт, могут иметь различные формы инвалидности, включая трудности с движением и речью.
• Исследование ученых из Квинслендского университета показало, что инсульт сокращает ожидаемую продолжительность жизни в среднем на 5,5 года.
• Инсульт может привести к различным последствиям, включая частичный паралич и нарушение речи и памяти. Воздействие может быть краткосрочным и долгосрочным, в зависимости от того, какая часть мозга поражена. Порядка у 60% пациентов сохраняется ограниченная подвижность руки или ноги.

Фото обложки: ETH Zurich