Тесты на животных и моделях человеческого тела показали, что устройства также могут стимулировать движение конечностей и обнаруживать травмированные участки спинного мозга, где связь с головным мозгом была полностью прервана.
Большинство существующих подходов к лечению травм спинного мозга включают в себя как проникновение в него с помощью электродов, так и установку имплантатов, что является высоко рискованной операцией. Разработанные в Кембридже устройства позволят лечить серьезные повреждения без необходимости хирургического вмешательства в мозг, что намного безопаснее для пациентов.
Хотя такие методы лечения выглядят весьма футуристично, исследователи говорят, что устройства могут быть применены уже в ближайшем будущем. Например, для мониторинга активности спинного мозга во время проведения операции. Возможность лучше понять спинной мозг — самый сложный объект для исследования в человеческом теле — может привести к прорыву в лечении целого ряда состояний, включая хроническую боль, воспаление и гипертонию. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.
Спинной мозг подобен шоссе, по которому информация в виде нервных импульсов передается туда и обратно. Повреждение спинного мозга приводит к тому, что этот трафик прерывается и влечет за собой глубокую инвалидность, включая необратимую потерю чувствительности и двигательных функций
— профессор Джордж Маллиарас, один из руководителей исследования, инженерный факультет Кембриджского университета.
Способность мониторить идущие туда-обратно сигналы может значительно помочь в разработке методов лечения травм спинного мозга, а в ближайшем будущем пригодится для лучшего мониторинга спинного мозга во время операции.
Большинство технологий для мониторинга или стимуляции спинного мозга взаимодействуют только с двигательными нейронами вдоль задней, или дорсальной, части спинного мозга. Такие методы способны охватывать лишь от 20 до 30 процентов позвоночника, поэтому вы получаете неполное представление о характере повреждений
— доктор клинических нейронаук Дамиано Бароне, один из соруководителей исследования.
Вдохновившись микроэлектроникой, исследователи разработали способ получения информации о всем позвоночнике, оборачивая очень тонкие, высокоразрешающие имплантаты по окружности спинного мозга. Это первый случай, когда возможно осуществить безопасный 360-градусный мониторинг спинного мозга. Ранее существовавшие подходы для кругового мониторинга использовали электроды, которые пронзали позвоночник, что могло вызвать травму спинного мозга.
Разработанные в Кембридже биосовместимые устройства — всего лишь в несколько миллионных долей метра толщиной — изготовлены с использованием передовых методов фотолитографии и нанесения тонких пленок и требуют минимального энергопотребления для работы.
Устройства перехватывают сигналы, передаваемые по аксонам, или нервным волокнам, спинного мозга, позволяя записывать их. Малый размер устройств означает, что они могут записывать сигналы без какого-либо повреждения нервов, поскольку они не проникают в сам спинной мозг.
Это была непростая работа, поскольку ранее мы не создавали спинных имплантатов по такой технологии, и не было ясно, способны ли мы безопасно и успешно разместить их вокруг позвоночника. Но благодаря недавним достижениям как в инженерии, так и в нейрохирургии мы добились большого прогресса в столь важной области медицины
— профессор Маллиарас.
