Блог

Aug 05, 2023

Крошечная, гибкая система спинальных датчиков может привести к улучшению методов лечения

Спинной мозг труднее получить и изучить, чем даже головной мозг. Проблемы, связанные с его подвижностью и анатомической структурой, затруднили понимание того, как именно он функционирует. Рис

Спинной мозг труднее получить и изучить, чем даже головной мозг. Проблемы, связанные с его подвижностью и анатомической структурой, затруднили понимание того, как именно он функционирует.

Инженеры Университета Райса будут работать с коллегами над оптимизацией массива наноэлектронных нитей, или сетей – уже успешно используемых для сбора высокоточных долгосрочных данных от нейронов головного мозга – для использования в позвоночнике, при поддержке четырех Годовой грант от Национального института здравоохранения.

Помимо регистрации активности нейронов, зонды NET могут обеспечивать настраиваемую локализованную стимуляцию соседних нейронов. Нейроинженеры Райса также надеются максимизировать функциональную пропускную способность сетей за счет интеграции их в более масштабную систему обработки данных.

Новый инструмент может помочь неврологам раскрыть тайны функционирования спинного мозга и дать новую надежду пациентам, имеющим травмы и другие сопутствующие заболевания.

«До сих пор у нас нет хорошего понимания того, как на самом деле работают нейроны спинного мозга», — сказал Чонг Се, главный исследователь гранта и доцент кафедры электротехники, вычислительной техники и нейроинженерии. «Например, если вы двигаете руками или ходите, у вас в мозгу есть намерение, и мышцы работают именно так, как вы хотите. Это преобразование первоначального намерения в конкретные движения каждой мышцы осуществляется и осуществляется в спинном мозге, где за выполнение этой работы отвечают цепи, состоящие из множества нейронов. Но мы не знаем точно, как этого добиться».

Использование электродов для отслеживания активности нейронов в мозге позволило нейробиологам многое узнать о функциях мозга. Гибкие NET-зонды, разработанные Се и его коллегами, легко интегрируются с тканями мозга и работают лучше, чем жесткие зонды, когда они используются для записи электрической информации от отдельных нейронов мозга.

Предварительные испытания показали, что зонды NET могут обеспечивать высококачественную и длительную запись нейронов спинного мозга мышей. Однако ученые намерены в дальнейшем адаптировать NET к конкретным структурным и функциональным требованиям спинного мозга.

В головном мозге распределение нейронов, или серого вещества, и пучков нервных волокон, известных как белое вещество, является полной противоположностью анатомии спинного мозга.

«Обычно мы называем это «анатомией спинного мозга наизнанку», — сказал Лан Луан, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и соисследователь гранта. «Наружный слой мозга – серое вещество – находится там, где расположены нейроны, тогда как волокна, называемые белым веществом, находятся внутри. В спинном мозге белое вещество или волокна находятся снаружи и защищают нейроны. Это усложняет доступ к этим нейронам».

Чтобы обеспечить лучший доступ, ученые планируют разработать конструкцию зонда, которая будет достаточно маленькой, чтобы ее можно было имплантировать в разные участки позвоночника, но при этом будет иметь большую глубину покрытия и достаточное количество каналов для сбора данных от нейронов в поперечном сечении спинного мозга.

Другая цель — оснастить зонды возможностями стимуляции в дополнение к функции записи.

«Электрод может делать и то, и другое», — сказал Луан. «Это имеет прямое значение для здоровья, поскольку для пациентов с травмой спинного мозга или другими видами травм стимуляция может быть способом восстановить мелкую моторику. Существует несколько очень успешных технологий, демонстрирующих, что стимуляция спинного мозга может восстановить локальные движения. Но мы считаем, что для того, чтобы добиться более точного управления моторикой, нам нужно проникнуть внутрь шнура и иметь более высокий уровень доступа и точности для применения этой стимуляции».

Спинной мозг играет важную роль в болевых процессах, поэтому определение того, какие спинальные нейроны непосредственно участвуют в передаче болевых сигналов, может открыть двери для более эффективных методов лечения боли.

«Идентификация конкретного типа спинальных нейронов, которые играют важную роль в обработке информации о боли, потенциально может позволить разработать лекарства, нацеленные именно на эти клетки», — сказал Се. «Или, может быть, мы можем использовать электроды, чтобы стимулировать эти нейроны и модулировать их активность, чтобы они не передавали болевой сигнал в мозг».