211service.com
Proteza dla równowagi
Wyobraź sobie świat, w którym ziemia drga na każdym kroku, gdzie w ciemnym pokoju nie można było odróżnić góry od dołu lub gdzie chodzenie po miękkim dywanie wytrącało z równowagi. Taka jest rzeczywistość dla osób, które utraciły funkcję układu przedsionkowego, części ucha wewnętrznego, która kontroluje równowagę.
Neuronaukowcy z Massachusetts Eye and Ear Infirmary w Bostonie przygotowują się do przetestowania nowej protezy, która może pomóc. Za miesiąc, Dan Merfeld przełączy przełącznik na eksperymentalnym urządzeniu wszczepionym małpie rezus, której własny system przedsionkowy został wyłączony. Merfeld i jego współpracownik Richard Lewis mam nadzieję, że urządzenie zrobi dla równowagi to, co implant ślimakowy zrobił dla słuchu. Lewis, naukowiec i otoneurolog (neurolog specjalizujący się w chorobach uszu), mówi, że jeśli potrafimy wykazać, że możemy poprawić równowagę u małp, byłby to bodziec do rozpoczęcia badań klinicznych.
Implant ślimakowy – chirurgicznie wszczepione urządzenie elektroniczne, które daje osobom niesłyszącym poczucie dźwięku – jest jak dotąd najbardziej udaną protezą nerwową. Merfeld, Lewis i inni wykorzystują technologie opracowane dla tego implantu, aby stworzyć podobną protezę dla układu przedsionkowego.
Ucho wewnętrzne działa jak żyroskop. Trzy ortogonalnie zorientowane struktury, zwane kanałami półkolistymi, wyczuwają orientację głowy poprzez ruch płynu w kanałach. Nerwy połączone z tymi strukturami wysyłają ciąg sygnałów neuronowych do mózgu, który integruje te informacje z sygnałami wizualnymi i innymi wskazówkami, aby utrzymać równowagę i ustabilizować wzrok – na przykład, aby nasze oczy były skupione na jednym punkcie podczas chodzenia, eliminując roztrzęsienie , efekt kamery ręcznej, który moglibyśmy inaczej dostrzec. Gdy system przedsionkowy zostanie zniszczony, mogą wystąpić poważne problemy z równowagą. Takie zaburzenie jest czasem efektem ubocznym antybiotyków. Może to być również spowodowane urazem, infekcją i niektórymi chorobami. Na przykład ponad 500 000 osób w Stanach Zjednoczonych cierpi na chorobę Meniere'a, szczególnie wyniszczającą chorobę ucha wewnętrznego.
Pacjenci mogą na zawsze pozostać z objawami braku równowagi, które czasami są kaleką, mówi Timothy E. Hullar , otolaryngolog w Washington University School of Medicine w St. Louis. Jako klinicysta z wieloma pacjentami z obustronną utratą przedsionka, jestem bardzo podekscytowany myślą, że za kilka lat protezy mogą być opcją leczenia.
Względna prostota układu przedsionkowego czyni go idealnym celem dla protezy. Na przykład kanał zorientowany poziomo wykrywa ruch lewo-prawo, taki jak negatywne potrząsanie głową. Neurony, które łączą się z tym kanałem, wysyłają impulsy elektryczne do mózgu z dużą częstotliwością, gdy głowa skręca w lewo, i z niską, gdy skręca w prawo. Proteza Merfelda naśladuje ten system sygnalizacyjny: czujnik ruchu na głowie mierzy obrót, wysyłając tę informację do mikroprocesora, który przekształca je w impulsy elektryczne, które są przekazywane do elektrody wszczepionej do ucha wewnętrznego.
Wcześniejsze badania wykazały, że urządzenie może pomóc małpom-wiewiórkom, których część układu przedsionkowego uległa dysfunkcji. Kiedy urządzenie zostało włączone, odruch przedsionkowo-komorowy małp poprawił się, co oznaczało, że mogły lepiej utrzymywać stabilne oczy podczas poruszania głowami. (Do tej pory naukowcy celowali tylko w jeden z kanałów za pomocą swojej protezy. Inni naukowcy pracujący w tej dziedzinie celowali we wszystkie trzy kanały u gryzoni.)
Zespół chce teraz ustalić, jak dobrze urządzenie może leczyć inne objawy zaburzeń przedsionkowych, takie jak równowaga i percepcja. (Mózg wykorzystuje informacje z układu przedsionkowego do kontrolowania zarówno mięśni, które poruszają naszymi oczami, jak i mięśni posturalnych, które utrzymują nas w pozycji pionowej).
Pomiar tych zmysłów okazał się trudny do wykonania, nawet u ludzi. Zarządzamy naszym układem przedsionkowym – w przeciwieństwie do wzroku czy słuchu – w dużej mierze nieświadomie, co utrudnia ludziom ilościowe raportowanie tego, co postrzegają, mówi Christopher Platt, który nadzoruje badania równowagi i badań przedsionkowych w Narodowy Instytut Głuchoty i Innych Zaburzeń Komunikacyjnych . Dlatego Merfeld i Lewis przetestują swoją protezę na małpie rezusie, którą można wyszkolić do wykonywania skomplikowanych testów. Na przykład, aby sprawdzić równowagę, zwierzęta są uczone stania jedną kończyną na każdej z czterech małych platform, które poruszają się indywidualnie, dając iluzję trzęsienia ziemi. Następnie naukowcy mierzą zdolność zwierzęcia do utrzymania równowagi w odpowiedzi na ruchy. Aby zmierzyć percepcję, zwierzęta uczy się obracania kierownicą w celu pionowego ustawienia linii na ekranie komputera. Bez innych wskazówek wizualnych małpa lub osoba bez funkcji przedsionkowej zorientuje linię pod tym samym kątem co głowa.
To bardzo ważne, ponieważ oznacza to, że mogą testować małpy dokładnie tymi samymi testami, które przeprowadzają na ludziach, i uzyskać lepsze oszacowanie, jak dobrze działa ich urządzenie, mając nadzieję, że można je przenieść na ludzi, mówi Platt.
Jeśli wszystko pójdzie dobrze w początkowych eksperymentach, naukowcy mają nadzieję zwiększyć złożoność urządzenia, celując we wszystkie trzy kanały ucha wewnętrznego, a ostatecznie w inne struktury. Ani grupa Merfelda, ani inne osoby pracujące w terenie nie miały jeszcze na celu drugiego zestawu struktur przedsionkowych, organów otolitycznych, które wyczuwają przyspieszenie liniowe głowy.