Алгоритм долголетия: Новые технологии для диагностики и лечения заболеваний нервной системы

Этот материал входит в подборку статей о новых технологиях и медицине. В планах рассказать, как ученые работают над повышением эффективности лечения рака кожи, пищевода, легких и других органов, проблем с сосудами и сердцем и прочих заболеваний. Помогают им в этом 3D-принтеры, виртуальная и дополненная реальность, нейронные сети и другие технологии будущего.

В этой статье — о заболеваниях нервной системы: эпилепсии, болезни Альцгеймера и инсульта.

Эпилепсия

Диагностика

Ученые Мельбурнского университета в партнерстве с компанией IBM разрабатывают имплантируемые микрочипы TrueNorth для отслеживания деятельности головного мозга. Предполагается, что с помощью искусственного интеллекта устройство сможет прогнозировать эпилептические припадки до их начала. Для этого нейросеть будет анализировать электрические паттерны, возникающие в мозге перед припадком.

Для тестирования технологии испытуемых попросили сжимать мяч в левой или правой руке. Система предсказывала, какая рука будет использована, анализируя активность мозга. Точность прогноза нейросети составила 76%.

Ученые предполагают, что реализация концепции займет продолжительное время, поскольку для обучения алгоритма необходимо имплантировать чип в мозг большому количеству людей.

Устройства для анализа активности мозга также разработала команда ученых Университета Пенсильвании. Их технология позволяет помещать в мозг растворяемые импланты, которые наносят минимальный ущерб тканям.

Прибор может фиксировать параметры, необходимые для диагностики и лечения эпилепсии, болезни Паркинсона, депрессии, хронической боли и расстройства периферической нервной системы. Также отслеживать показатели нужно для подготовки пациентов к операции на мозге.

Брайан Литт, профессор неврологии и старший соавтор работы:

“Растворимая силиконовая электроника предлагает беспрецедентную возможность имплантировать современную систему наблюдения, с низкими рисками, ценой и дискомфортом, связанным с хирургической операцией по извлечению устройства.”

Предупредить об эпилептическом припадке помогут также умные часы Embrace от компании Empatica. Они фиксируют начало припадка при помощи биомаркеров — показателей активности нервной системы. Во время начала припадка часы отправляют уведомление родителям, опекунам или другим людям, которых указал пользователь.

Embrace прошли клинические испытания и в феврале 2018 г. получили разрешение на применение от Управления по санитарному надзору США (FDA).

Лечение

В 2016 году в аптеках США появились таблетки от эпилепсии под названием Spritam — первое одобренное FDA лекарство, напечатанное на 3D-принтере.

Данные таблетки — аналог противоэпилептического средства леветирацетам. Однако использование 3D-печати позволило сделать таблетки, обычно покрытые пленочным покрытием, растворимыми.

Возможность употребить лекарство в жидкой форме особенно важна для пациентов с эпилепсией, поскольку у них бывает нарушена глотательная функция. При этом исследования показывают, что 40–50% людей даже без эпилепсии испытывают затруднения с проглатыванием твердых таблеток, 8% из которых из-за этого пропускают их прием.

Альцгеймер

Диагностика

Команда ученых из Японии и Австралии разработала новый анализ крови. Он позволяет с точностью в 90% обнаружить повышенное содержание бета-амилоидов в мозге — наиболее вероятную причину возникновения болезни Альцгеймера.

Исследование группы американских ученых показало, что выявить повышенный уровень бета-амилоидов также можно при помощи анализа сетчатки глаза.

Лечение

Ученые Массачусетского технологического института (MIT) изучали мышей с болезнью Альцгеймера. Им удалось замедлить накопление бета-амилоида в мозге и развитие болезни с помощью воздействия мигающим светом. При этом достаточно было лишь часа воздействия светом в течение недели.

Принцип действия данного способа нормализация частоты гамма-колебаний нейронов, то есть воздействие на активность мозга.

Инсульт

Диагностика

Мобильное приложение Kardia отслеживает ряд показателей пациентов с повышенным уровнем риска, включая вес, активность и давление. Собранные данные затем анализирует нейросеть AliveCor, и, при необходимости, уведомляет врача об ухудшении состояния.

На успешность диагностики инсульта влияет степень подготовки самого врача. Компания ForwardXP разрабатывает использующий виртуальную реальность симулятор Think F.A.S.T. для тренировки докторов. Он учит определять инсульт по определенным признакам — например, проблемам с речью или слабости в руках. Пока была представлена только первая версия приложения.

Лечение

Основанный в Сан-Франциско стартап Viz при помощи ИИ анализирует фотографии мозга на предмет аномалий, поиск которых затруднителен даже для высококвалифицированных врачей.

Решение Viz позволяет врачам быстрее определить причину приступа и начать соответствующее лечение. В случае инсульта это критически важно — каждые 15 минут врачебного бездействия ведут к серьезным последствиям для пациента.

В феврале 2018 г. алгоритм Viz получил одобрение американского медицинского регулятора (FDA).

Ускорить начало лечения может помочь также пластырь стоимостью 39 пенсов, разработанный учеными Ноттингемского университета. Он содержит тринитрат глицерина, снижающий кровяное давление и очищающий кровеносные сосуды.

В мае 2017 г. исследователи использовали пластырь на 41 пациенте по пути в больницу, что снизило смертность от инсульта с 38% до 16%. По итогам эксперимента благотворительная организация British Heart Foundation профинансировала годовое тестирование пластыря семью службами скорой помощи.

Восстановление

Людям, перенесшим инсульт, требуется реабилитация, чтобы вернуть контроль над своим телом.

Биология

Восстановление происходит и естественным путем — здоровые участки мозга перенимают задачи поврежденных. Однако чем старше человек становится, тем сложнее мозгу адаптироваться.

Ученые ищут способы, которые помогут мозгу взрослого пациента “перепрофилировать” себя. К примеру, Такао Хенш, профессор молекулярной и клеточной биологии Гарвардского университета, в феврале 2018 г. рассказал о своем исследовании на мышах. Ему удалось заблокировались определенные молекулы, мешающие пластичности мозга.

Профессор Хенш:

“Мозг у детей и молодых людей очень пластичен: он способен полностью “перепрограммироваться” в зависимости от обстоятельств. Со временем в мозге становится все больше тормозных факторов, которые работают, чтобы предотвратить чрезмерное переключение.

Наше открытие предлагает новые терапевтические возможности. Если мы сможем предотвращать торможение мозга в разумных пределах у взрослых, возможно, мы сможем и нивелировать последствия инсульта.”

Для восстановления функций мозга могут использоваться инъекции в него стволовых клеток. Группа ученых в 2014–2016 году проверяла экспериментальную терапию на 18 перенесших инсульт пациентах, восстановление которых при помощи физиотерапии зашло в тупик.

После терапии улучшения наблюдались не у всех пациентов, при этом некоторые испытывали побочные эффекты, такие как головная боль и депрессия. Однако у на многих терапия отразилась позитивно, при этом улучшения сохранялись спустя год после лечения.

Гэри Штайнберг, нейрохирург из Стэнфордского университета и один из авторов исследования:

“Это не случай, когда пациент не мог пошевелить пальцем, а теперь может. Люди были прикованы к инвалидным коляскам, а теперь они могут ходить.”

Терапию стволовыми клетками предлагают, например, Покровский банк стволовых клеток и Germanklinik. Однако способ пока является экспериментальным — влияние различных типов стволовых клеток на грызунах изучают как в России, так и за рубежом.

Искусственный интеллект и экзоскелет

Физиотерапия — традиционный способ восстановления после инсульта. Помочь с тренировками может разработанный в Швейцарской высшей технической школе робот–физиотерапевт.

Умная “сбруя” поддерживает пациента, перенесшего инсульт или травму позвоночника, при ходьбе. Она создает подходящие для тренировки условия и корректирует походку, направляя человека. Для этого робот при помощи сенсоров на теле пациента собирает информацию о движениях и решает, как добиться естественной походки. Анализ собранных данных проводит нейросеть и выбирает способ корректировки походки.

После инсульта многие пациенты способны вставать, но недостаточно сильны, чтобы поднимать ноги при ходьбе. В таком случае помогает мягкий экзоскелет — например, проект компании ReWalk и Гарвардской лаборатории биодизайна.

Устройство предназначено для распространенного случая, когда у пациента плохо действует одна нога. Оно собирает информацию о движении здоровой конечности, в ответ поднимая и направляя вторую. Концепт был представлен в июле 2017 года, а в 2018 г. планируются клинические испытания.

Игры и нейротехнологии

Для восстановления подвижности рук используют и игры — к примеру, прибор gripAble. Он предназначен для домашнего применения без надзора врача и представляет собой рукоятку, подключаемую к планшету по беспроводной сети.

Ученые Имперского колледжа Лондона показали, что прохождение специальных видеоигр при помощи gripAble помогает повысить контроль над движениями. При этом количество пациентов, показавших улучшения, на 50% больше, чем при использовании стандартной физиотерапии.

Эффективность видеоигр показали также исследователи из Орхусского университета в Дании, задействовавшие в них виртуальную реальность.

Компания NeuruLutions и ученые Университета Вашингтона предлагают использовать нейротехнологии для восстановления контроля над мышцами. В 2017 г. ими была продемонстрирована перчатка IpsiHand, управляемая силой мысли. У пациентов, в течение 12 недель выполнявших упражнения с ее помощью, также наблюдались улучшения в контроле над движениями.

Почитать по теме

• Микрочипы TrueNorth
• Биомаркеры для отслеживания начала эпилептических припадков
• Адаптивные возможности мозга
• Биореактор для ускоренного выращивания стволовых клеток
• Разработки в сфере нейротехнологий

Эта статья изначально была опубликована в Дайджесте DTI — еженедельной подборке новостей об экономике и новых технологиях. Подписаться на Дайджест можно по ссылке.