Нейропротезирование

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Нейропротезирование — дисциплина лежащая на стыке нейробиологии и биомедицинской инженерии и занимающаяся разработкой нейронных протезов.

Нейронные протезы являются электронными имплантатами, которые могут восстановить двигательные, чувствительные и познавательные функции, если они были утрачены в результате травмы или болезни. Примером таких устройств может служить кохлеарный имплантат. Это устройство восстанавливает функции, выполняемые барабанной перепонкой и стремечком, за счёт имитации частотного анализа в ушной улитке. Микрофон, установленный снаружи, улавливает звуки и обрабатывает их; тогда обработанный сигнал передается на имплантированный блок, который через микроэлектродный массив стимулирует волокна слухового нерва в улитке. Посредством замены или усиления утраченных чувств, эти устройства намерены улучшить качество жизни для людей с ограниченными возможностями.

Эти имплантируемые устройства также часто используются в нейробиологии в экспериментах на животных как инструмент, помогающий при изучении мозга и его функционирования. При беспроводном мониторинге электрические сигналы мозга рассылаются посредством электродов, вживленных в мозг субъекта, при этом субъект может быть изучен без устройства, влияющего на результаты.

Точное зондирование и запись электрических сигналов в мозге поможет лучше понять связи между локальными скоплениями нейронов, отвечающие за определенные функции.

Нейронные имплантаты проектируются настолько маленькими, насколько это возможно, чтобы минимизировать инвазивность, особенно в районах, окружающих мозг, глаза или ушные улитки. Эти имплантаты обычно имеют беспроводную связь со своими протезами. Кроме того, питание легко получается через беспроводную передачу электричества через кожу. Ткань рядом с имплантатом очень чувствительна к увеличению температуры. Это означает, что потребляемая мощность должна быть минимальна, чтобы избежать повреждения ткани.[1]

Сейчас в нейропротезировании наиболее широко используется кохлеарный имплантат. По состоянию на декабрь 2010 года его получили около 219 тысяч человек во всем мире.[2]

История[править | править код]

Первый известный кохлеарный имплантат был создан в 1957 году. Другими важными вехами являются создание первого двигательного протеза для свисающей стопы при гемиплегии в 1961 году, создание первого слухового стволомозгового имплантата в 1977 году и периферического нейромоста, вживленного в спинной мозг взрослой крысе 1981 году.

Сенсорное протезирование[править | править код]

Зрительное протезирование[править | править код]

Слуховое протезирование[править | править код]

Протезирование для облегчения боли[править | править код]

Двигательное протезирование[править | править код]

Имплантаты, контролирующие мочеиспускание[править | править код]


Основная статья: Sacral anterior root stimulator.

Когда поражение спинного мозга приводит к параплегии, у пациентов затрудняется опорожнение мочевого пузыря, что может вызвать инфекцию. В 1969 году Бриндли разработал крестцовый стимулятор передних корешков спинного мозга, с успешными испытаниями на людях в начале 1980-х годов.[3] Это устройство имплантируется в ганглии передних корешков крестцового отдела спинного мозга; Контролируемый внешним передатчиком, он обеспечивает прерывистую стимуляцию, которая улучшает опорожнение мочевого пузыря. Он также помогает в дефекации и позволяет пациентам-мужчинам иметь устойчивую полную эрекцию.

Подобная процедура стимуляции крестцового нерва предназначена для контроля недержания у пациентов с без параплегии[4].

Двигательные протезы для сознательного контроля движением[править | править код]

Сенсорно-двигательное протезирование[править | править код]

Когнитивные протезы[править | править код]

Когнитивные нейропротезы — устройства облегчающие обработку, хранение и передачу информации мозгом человека. Человеческий мозг пока недостаточно изучен, поэтому когнитивные нейропротезы остаются научной фантастикой.

Электрохимические нейропротезы[править | править код]

Нейропротезы, использующие сочетание химической и электрической стимуляции и двигательной тренировки спинного мозга[5][6]

Примечания[править | править код]

  1. Daniel Garrison. Minimizing Thermal Effects of In Vivo Body Sensors. Проверено 5 мая 2010.
  2. NIH Publication No. 11-4798. Cochlear Implants. National Institute on Deafness and Other Communication Disorders[en] (1 марта 2011). — «as of December 2010, approximately 219,000 people worldwide have received implants. In the United States, roughly 42,600 adults and 28,400 children have received them.». Архивировано 12 августа 2012 года.
  3. https://en.wikipedia.org/wiki/Neuroprosthetics#cite_note-19
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Neuroprosthetics#cite_note-20
  5. Мусиенко П. Шаг в обход. Электрохимические нейропротезы — против паралича. // Наука и жизнь, № 12, 2012.
  6. Кирилл Стасевич Как научить спинной мозг самостоятельности // Наука и жизнь. — 2016. — № 7. — С. 14-19. — URL: http://www.nkj.ru/archive/articles/29092/