Один миллион американцев страдают от толчков, скованности и невнятной речи о болезни Паркинсона. От глубокой депрессии страдает около 16 миллионов взрослых в год, и почти 30 миллионов американцев страдают от боли мигрени, в то время как примерно 1 из 1000 страдает от еще более болезненных кластерных головных болей. Лекарства обычно являются первой линией лечения этих и других неврологических состояний, при этом операция по глубокой стимуляции головного мозга - когда хирург трескает череп пациента и помещает крошечные электроды в ткани мозга как своего рода «кардиостимулятор мозга» - иногда используется как последний курорт.
Связанный контент
- Связывание множества умов может помочь исцелению поврежденных мозгов
Что если вместо лечения побочными эффектами или инвазивных операций эти состояния можно лечить безболезненно стимулируя мозг снаружи черепа?
«Что, если есть способ сделать это неинвазивно?», - подумал Иэн Грэм, аспирант по биомедицинской инженерии в Университете Джона Хопкинса, став свидетелем многочасовой операции по глубокой стимуляции мозга при депрессии.
Транскраниальная стимуляция, или стимуляция мозга извне черепа, стала одной из самых горячих областей в биомедицинской инженерии. Метод обычно выполняется одним из двух способов. Одна методика, называемая транскраниальной стимуляцией постоянным током, использует электроды, помещенные на кожу головы, для отправки электрических сигналов в мозг. Другой, называемый транскраниальной магнитной стимуляцией, использует магнитную катушку на коже головы для выработки электрической активности в мозге. Различные участки мозга стимулируются с различной интенсивностью и частотой в зависимости от состояния, которое лечат. Хотя никто не знает точно, как стимуляция мозга улучшает болезнь Паркинсона и другие состояния, понятно, что стимуляция может влиять на то, как запускаются нейроны, и регулировать нейротрансмиттеры, такие как серотонин и дофамин.
Грэм и другие биомедицинские инженеры в Johns Hopkins изобрели головной убор, в котором используются электроды для стимуляции мозга пациентов с болезнью Паркинсона. Устройство STIMband, которое начнет клинические испытания в конце этого года или в начале следующего года, предназначено для использования дома, что отличает его от других устройств для транскраниальной стимуляции. Студенты надеются, что это поможет справиться с некоторыми из более изнурительных симптомов болезни Паркинсона, включая тремор и проблемы с равновесием. Ранее в этом месяце STIMband выиграл приз за второе место в размере 5000 долларов США в национальном конкурсе VEENTUREWELL по дизайну BMEidea для студентов-медиков и биоинженеров.
Студенты, которые создали STIMband: Йен Грэм, Мелоди Тан, Эрин Рейсфельд, Шрути Раджан и Дэвид Блюменстик. Университет Джона Хопкинса. С помощью STIMband студенты размещают электроды в местах, известных из компьютерного моделирования, чтобы стимулировать участки мозга, пораженные болезнью Паркинсона. Они наблюдали пациентов, участвовавших в исследованиях Джона Хопкинса по транскраниальной стимуляции постоянным током, и были впечатлены результатами.
«Я видел, как вошел пациент, и после лечения ему пришлось подписать свое имя», - говорит Грэм. «Он сказал, что не мог писать так годами».
Студенты встречались с пациентами в клинике Паркинсона при больнице в течение многих месяцев, чтобы собрать данные о том, что людям действительно нужно в домашнем устройстве. В конце концов, они придумали конструкцию с питанием от батареи, основанную на бейсбольной кепке, которую можно легко надеть и контролировать с помощью большой кнопки.
Лечение STIMband начнется в кабинете невролога, где устройство будет установлено на пациента. Пациент тогда брал домой STIMband и использовал его в течение 20 минут в день, каждый день. В конечном итоге лечение может быть изменено на основе индивидуальных результатов, но Грэм говорит, что пациенты, вероятно, будут использовать STIMband бесконечно долго, пока они видят положительные результаты.
«Поскольку PD [болезнь Паркинсона] дегенеративная, а STIMband действует не так, как лекарства, он также должен оказаться полезным в течение более длительного периода времени», - говорит Грэм. «К сожалению, этот период времени пока неизвестен».
Если испытания STIMband окажутся успешными, группа надеется получить одобрение FDA. Устройство, вероятно, будет стоить от 600 до 1000 долларов, в зависимости от выбора материала.
В настоящее время исследователи изучают транскраниальную стимуляцию для лечения неврологических и психоневрологических состояний, включая эпилепсию, инсульт, синдром Туретта, депрессию и манию, мигрень, шизофрению, расстройства пищевого поведения, дистонию (болезненные непроизвольные сокращения мышц) и хроническую боль. Но FDA только одобрило транскраниальную магнитную стимуляцию для лекарственно-устойчивой депрессии.
«Это не то же самое, что накладывать магниты на холодильник на головы людей», - говорит невролог Дэвид Брок, медицинский директор компании Neuronetics, компании, которая производит NeuroStar, устройство для транскраниальной магнитной стимуляции депрессии. Лечение NeuroStar проводится в кабинете врача. На срок от четырех до шести недель пациенты приходят по пять дней в неделю на 45-минутные сеансы. Они сидят в кресле, читая или слушая музыку, в то время как устройство, расположенное над левой стороной лба, стимулирует их левую префронтальную кору.
Брок говорит, что люди часто ошибочно считают транскраниальную стимуляцию альтернативным методом лечения, но на самом деле это подтверждается клиническими данными. Исследования показывают, что от 30 до 40 процентов пациентов с депрессией, устойчивой к лечению, приходят в состояние ремиссии после использования NeuroStar, в то время как у большинства наблюдается некоторое улучшение симптомов.
Визуализация пациента с помощью устройства NeuroStar (Нейронетика) Транскраниальная стимуляция, подобная электросудорожной терапии (ЭСТ) или «шоковой терапии», также не является стигматизированной, но часто высокоэффективной терапией депрессии, в которой для возбуждения приступа используется электричество. В отличие от ЭСТ, транскраниальная стимуляция не вызывает приступа и не требует общей анестезии или пребывания в больнице. Это также лишено более известных побочных эффектов ECT, включая потерю памяти и беспорядок.
Брок говорит, что транскраниальная стимуляция почти наверняка станет одобренным методом лечения других состояний в ближайшие годы, как только исследователи определят правильное место и интенсивность для решения данной проблемы. «[Транскраниальная стимуляция] очень похожа на швейцарский армейский нож», - говорит он. «Мы выяснили, как использовать лезвие, но мы еще не выяснили, как использовать все остальные инструменты».
