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A eletrônica da malha podia fazer a estimulação do cérebro a norma terapêutica nova

Os eléctrodos Implantable do cérebro estiveram ao redor por algum tempo agora, diagnosticando e tratando condições neuropsiquiátricas como a doença de Parkinson. Contudo, uma limitação de pontas de prova convencionais é seus tamanho e rigidez, comparados à consistência macia, gelatinosa do cérebro.

Um artigo de investigação novo oferece uma solução revolucionária: engrene a eletrônica, que permite a eletrônica personalizada que imita a forma, o tamanho e a textura do neurônio, a ser criada para toda a desordem cérebro-relacionada.

Um eléctrodo profundo tradicional da estimulação do cérebro (painel superior) provoca uma resposta imune no cérebro quando uma relação eletrônica da malha (painel inferior) não fizer. O tamanho e a rigidez do eléctrodo de DBS conduzem à inflamação crônica que causa scarring glial entre o tecido de cérebro e o eléctrodo, degradando a relação neural. A eletrônica da malha ilude a resposta imune devido às características celulares e secundário-celulares e à rigidez de dobra que assemelha-se ao cérebro próprio. Cortesia de imagem de Shaun Patel e de Charles Lieber
Um eléctrodo profundo tradicional da estimulação do cérebro (painel superior) provoca uma resposta imune no cérebro quando uma relação eletrônica da malha (painel inferior) não fizer. O tamanho e a rigidez do eléctrodo de DBS conduzem à inflamação crônica que causa scarring glial entre o tecido de cérebro e o eléctrodo, degradando a relação neural. A eletrônica da malha ilude a resposta imune devido às características celulares e secundário-celulares e à rigidez de dobra que assemelha-se ao cérebro próprio. Cortesia de imagem de Shaun Patel e de Charles Lieber

Por que são os eléctrodos implantable necessários?

Todos os neurocientistas concordam que a fundação da cognição é o cérebro, incluindo o pensamento, as emoções, a memória, o julgamento e a tomada de decisão. O mesmo aplica-se a todos os tipos de desordens do cérebro, de acordo com o pesquisador Shaun Patel. Patel tornou-se interessado neste campo após ter testemunhado um pulso de 500 Senhoras da electricidade que confere um risco-comprador impulsivo com a capacidade momentânea para fazer uma escolha mais segura, sem mesmo saber ocorreu. A alteração do pensamento cognitivo, ou seja acontecida abaixo do nível de consciência.

Contudo, é difícil para cientistas seguir comportamentos aos neurônios específicos ou as áreas do cérebro que são disfuncionais, embora isto poderia ajudar a descobrir onde as doenças tais como o apego, a doença de Alzheimer ou de Parkinson originam. A terapia para estas circunstâncias é limitada actualmente às drogas e à estimulação elétrica através dos eléctrodos implantable.

O tratamento médico é na maior parte com as drogas neuroactivas como o L-dopa na doença de Parkinson, que acalma os movimentos tremendo que fazem acções voluntárias tão difíceis. Contudo, o fora-alvo ou a inibição nonselective de acções do L-dopa causam severo e mesmo efeitos secundários inaceitáveis, nos vários sistemas do corpo, incluindo a náusea, a depressão ou a arritmia.

A falha do tratamento da droga é uma indicação para que a implantação do eléctrodo forneça a estimulação profunda do cérebro (DBS). Estes trabalham enviando pulsos automatizados da energia elétrica aos implantes emparelhados, cada um sobre o tamanho de um lápis, que seja enorme no que diz respeito ao cérebro. Estes eléctrodos aprovados pelo FDA devem ser implantados quando o paciente puder acordado e guiar os cirurgiões durante sua calibração da intensidade actual exigida que parará os tremores.

Descrevendo o efeito de DBS, maravilhas de Charles M. Lieber do pesquisador, “quase imediatamente, você pode ver a pessoa recuperar o controle de seus membros.” Contudo, estes eléctrodos não são bastante à prova de idiotas tampouco, causando a estimulação inadvertida de outras áreas do cérebro às vezes, que causa efeitos adversos de perturbação tais como impedimentos de discurso. Apenas como o mau, o cérebro tem um sistema imunitário activo e vigilante compor de pilhas neuroglial, que interrompa eventualmente o funcionamento eficiente do eléctrodo sufocando o em uma coberta glial protectora. Isto pode igualmente crescer tão grande a respeito mecanicamente da influência ou mesmo matar os neurônios vizinhos. A vida limitada do dispositivo causada pela operação contínua desnecessária, e a falta do feedback que impede da eficiência operacional, são outras limitações. Quando muita destes for superada individualmente, a relação neural rígida e imprecisa é uma limitação básica em um progresso mais adicional.

Eléctrodos rígidos Implantable contra a eletrônica da malha

A rigidez aumentada mesmo das pontas de prova convencionais as mais macias causa diversos problemas: a inflamação crônica e a rigidez scarring, combinada mal que conduz a um movimento da ponta de prova e ao neurônio longe de se relativamente rapidamente, e impedem o seguimento do mesmo neurônio ou circuito; e a ponta de prova contínua encontra-se inquieta na superfície bastante diferentemente dada forma do cérebro. Esta diferença topológica empurra os neurônios longe de seu lugar correspondente, ao igualmente impedir o reparo de conexões synaptic quebradas e ao obstruir a livre circulação dos produtos químicos no ambiente do cérebro.

Neurônio-como a indicação (vermelha) da eletrônica a forma, o tamanho, e a flexibilidade dos neurônios (verde), permitindo os de manter a simbiose com o tecido de cérebro nativo (crédito: Xiao Yang, laboratório de Lieber)
Neurônio-como a indicação (vermelha) da eletrônica a forma, o tamanho, e a flexibilidade dos neurônios (verde), permitindo os de manter a simbiose com o tecido de cérebro nativo (crédito: Xiao Yang, laboratório de Lieber)

Isto é o lugar onde Lieber fez uma diferença enorme com eletrônica ultra-flexível da malha, que prometem entregar o que chama “precisão medicina eletrônica”. Estes activam mal uma resposta imune, mas permanecem muito próximos às pilhas que são pretendidas espiar sobre. Como tal, oferecem uma maneira de obter a informação segura na comunicação entre os neurônios individuais ou a sua divisão. Isto podia ajudar a explicar a interferência entre subconjuntos específicos dos neurônios. É igualmente necessário se qualquer grau de regulamento preciso deve ser conseguida através dos circuitos de feedback, que exige uma transmissão em dois sentidos da informação através do dispositivo neural. Todo o isto podia produzir um mapa mais exacto e mais detalhado dos circuitos do cérebro. Isto poderia potencial aberto a porta ao tratamento bem sucedido de toda a desordem do cérebro.

Além disso, os eléctrodos da malha de Lieber têm um benefício peculiar em sua capacidade para guiar os neurônios tornando-se ao lugar direito, tal como áreas feridas como o seguimento de um curso. Poderiam potencial incentivar dirigiram a migração neuronal à reconstrução ferida ou degeneraram áreas, e integram estas pilhas nos circuitos direitos, usando pulsos sucessivos diferencial modulados da electricidade.

O risco - e o futuro

Lieber prevê outros avanços desopro: os eléctrodos especiais poderiam ser projectados fornecer o controle preciso sobre os membros protéticos ou paralizados, e este poderia servir como um substituto eficiente para conexões danificadas do cérebro, assim como o autocalibration do sinal baseado no feedback vivo. Diz, “se você poderia realmente interagir em uma maneira precisa e a longo prazo e igualmente fornecer a informação de feedback, você poderia realmente comunicar-se com o cérebro da mesma forma que o cérebro está comunicando dentro dse.”

Outros jogadores em potência principais neste campo incluem Neuralink do almíscar de Elon, que visa ajudar a pacientes paralizados fornecendo uma relação do mente-computador assim que podem usar seus computadores; Facebook que está olhando texting através da imagem lactente da palavra; e núcleo de Brian Johnson, que é centrado sobre o aumento de capacidades cognitivas. Lieber sublinha que seu desejo é ajudar os povos que são doentes - e impedir mesmo a diminuição envelhecimento-relacionada na memória se possível. Contudo, o controle ético restrito é imperativo a fim de que não tal potência dealteração seja empregada mal. Quando os benefícios forem óbvios, como povos de ajuda supere o apego ou a desordem obsessionante, o downside é ingualmente lisa - os pensamentos do paciente estão abertos colocado ao exame minucioso, apesar de ser a fortaleza mais íntimo de uma pessoa. Em segundo lugar, levanta o risco de pôr a memória, a capacidade de aprendizagem e outros traços mentais desejáveis acima sobre a venda, para os povos que gostariam de aumentar sua capacidade do cérebro.

Entrementes, os cientistas como Lieber e Patel continuam a refinar a eletrônica da malha, aumentando o número de eléctrodos que podem ser implantados, projetando sistemas de feedback vivos permitir a nova aferição contínua, e melhorando o processamento dos dados volumosos recolhidos pelos eléctrodos. Incitam uma mistura de disciplinas múltiplas para ajudar o neurotechnology avançado ao ponto onde rompe o limite de relação da máquina-mente. Patel diz, “a fronteira seguinte é realmente a fusão da cognição humana com as máquinas.”

O papel foi publicado na biotecnologia da natureza do jornal o 2 de setembro de 2019.

Journal reference:

Precision electronic medicine in the brain. Shaun R. Patel and Charles M. Lieber. Nature Biotechnology, September 2019, Vol 37, 1007–1012. https://doi.org/10.1038/s41587-019-0234-8. https://www.nature.com/articles/s41587-019-0234-8

Dr. Liji Thomas

Written by

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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