Последователно стимулиране на мозъка: Оформяне на бъдеще с допълнително зрение

Може ли мозъчният байпас да помогне за връщане на зрението? Неинвазивната електрическа мозъчна стимулация може да има този потенциал. Както показва ново изследване, публикувано в Cell, изрязването на кортикалния посредник при увредено зрение или зрителни нерви и преминаването директно към самата зрителна кора дава възможност както на слепи, така и на зрящи участници да „видят“ фигури, предадени директно върху мозъка им с помощта на активиране на електроди.

Подходът предлага обещание за възстановяване на зрението. Подобрената технология дава възможност да се активират повече неврони последователно – като същевременно се увеличава специфичността на стимулацията. Ето бърз поглед към този развиващ се електрически подход.

Преглед в клиничната неврофизиология обяснява, че „зрителната система има една от най-сложните структури от всички сензорни системи и може би е отговорна за най-важните усещания в ежедневието“. Докато нашите пет сетива, работещи в тандем, помагат да се осигури по-балансирано преживяване, съвременното човешко съществуване разчита на зрението значително повече от останалите четири сетива. Например, докато нашето усещане за вкус е от ключово значение за идентифициране на потенциално отровни храни, зрението предлага пряк път за откриване на тези рискове, свързани с храната, преди те да стигнат до нашата уста.

Но какво се случва, когато нашите пътища за възприемане не работят правилно? Според анализ, публикуван в „Прогрес, в изследванията на мозъка“, зрителното увреждане на ретината или мозъка (CVI) се смяташе дълго време за необратимо, оставяйки засегнатите без начин да възвърнат чувството си за зрение. Развиващите се изследователски усилия установяват, че в повечето случаи причинената вреда не е пълна. В някои случаи на границата на зрителното поле съществуват само частични повреди. В други може да има „острови“ от оцеляла тъкан, които са останали невредими или невронални мрежи на високо ниво, които не са засегнати.

Това частично функционално състояние може да бъде отправна точка за възстановяване на зрението с помощта на мозъчна стимулация. Ако съществуващи, неповредени структури могат или да се активират отново, или да се научат да изпълняват допълнителни функции, обработвани преди това по други пътища, визуалните операции могат да бъдат възстановени.

Електрическата стимулация на мозъка за възстановяване на частично зрение е на изследователския радар от десетилетия, но подходът към момента до голяма степен е неуспешен. Според списание Science част от проблема произтича от прекомерната стимулация, тъй като електродите, поставени на повърхността на мозъка, изискват значителни токови обеми и следователно ограничават броя на възлите, които могат да бъдат активирани в тандем, без да причиняват потенциална вреда.

Неотдавнашна работа от Медицинския колеж Бейлор в Хюстън обаче използва различен подход. Използвайки имплантирани електроди, стимулирани в динамични последователности, екипът на Baylor успява да „предаде“ фигури върху зрителната кора на участници, които след това са в състояние да ги видят и идентифицират.

Интересувайки се от приложимостта на своя подход както за слепи, така и за зрящи индивиди, проучването Baylor тества своя подход върху четири зрящи пациенти, използвайки имплантирани електроди, тествани за наблюдение на епилепсия, както и двама слепи участници, използвайки електроди, имплантирани върху зрителната им кора. И в двата случая стратегията е една и съща: последователно стимулиране на множество електроди за проследяване на формата на конкретни букви. Всяка тестова група докладва едни и същи резултати – получавайки последователна мозъчна стимулация, те успяват да видят и идентифицират предадените букви. Има смисъл, тъй като мозъкът ни работи по начин, подобен на търсачките, намирането на познати рамки, които съответстват на информацията, получена от сензорния вход. Предлагайки лесна техника на проследяване, участниците успяват да свържат контекстуалните точки.

Усилията за възстановяване на зрението са срещали исторически проблем. Като третират всеки отделен електрод като пиксел в по-голямо изображение и ги активират едновременно, много участници установяват, че са в състояние да възприемат специфични светлинни точки, но не и цялостното изображение. Подходът на Бейлор заобикаля този проблем с последователна стимулация, основана на формата, но Майкъл Бошан, първият автор на изследването, отбелязва, че предизвикателствата остават по пътя към практическата, клинична употреба. Първият от тях е сложността.

„Първичната зрителна кора, където са имплантирани електродите, съдържа половин милиард неврони“, казва той в прессъобщението на Science Daily. „В това проучване ние стимулирахме само малка част от тези неврони с шепа електроди. Следваща важна стъпка ще бъде работата с невроинженерите за разработване на електродни редици с хиляди електроди, които да бъдат стимулирани по-точно. “ Beauchamp също така посочва необходимостта от усъвършенствани алгоритми, способни да осигурят подобрена последователна стимулация, за да „помогнат за реализирането на мечтата да доставят полезна визуална информация на слепи хора“.

Трябва да се изработят множество методологии в усилията за подобряване на зрителната функция. Например, система за очно обучение, разработена от професор офталмолог, Кристел Хъкслин от Университета в Рочестър, е доказано, че помага на възстановяващите се пациенти с инсулт да възвърнат част от загубеното си преди това зрение, като обучава неповредени части от нервната система да обработват различни видове визуална информация. В комбинация с транскраниална стимулация (tRNS), подходът предлага значителни ползи за възстановяване на зрението. Разширен допълнително, за да се приведе в съответствие с развитието на последователната стимулация, този подход може да помогне на пациентите не само да разпознават специфични форми, но да преархитектират критичните мозъчни връзки и ефективно да заобиколят увредените части на зрителната кора.

Зрението остава сложна и критична част от човешкото сетивно преживяване. И докато пълното възстановяване все още не е възможно, последователната мозъчна стимулация помага да се оформи бъдеще с допълнително зрение.

Източник: now.northropgrumman.com

Сподели