Forskare kan manipulerar hjärnan med smartphone

Ett team av forskare i USA och Korea har uppfunnit ett hjärnimplantat som gör att man kan kontrollera nervkretsar via en smartphone. Detta kan ha stor betydelse för människor med hjärnsjukdomar.

Genom ett litet hjärnimplantat kan man nu kontrollera nervkretsar via en smartphone och dosera läkemedel utan att patienten ens behöver infinna sig på läkarkliniken. Det går även snabbare att upptäcka förändringar i sjukdomstillstånd – vilket gör att patienten kan få snabbare vård. Många sjukdomar påverkar hjärnan och detta kan få katastrofala följder.

Parkinson’s och Alzheimer’s är två av dem och om dessa sjukdomar får fortskrida utan avancerad behandling försämras patientens hälsa och livskvalitet mycket snabbt. Genom det nya implantatet går det att upptäcka sjukdom snabbare liksom förändring i redan konstaterad diagnos. Detta gör det möjligt att sätta in eller justera medicin så att patienten får rätt dos.

De nämnda hjärnsjukdomarna är bara två exempel på när implantatet kan vara användbart. Det kan även vara till stor nytta vid beroendeproblematik, depression eller smärta.

Nytt revolutionerande hjärnimplantat

Det är Forskare vid Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) och University of Colorado Boulder som har utvecklat implantatet. Enheten är mycket liten och har lego-liknande utbytbara läkemedelspatroner och kraftfull lågenergi-belysning och Bluetooth. Detta gör att man kan rikta uppmärksamheten mot specifika neuroner och behandla med ljus och läkemedel under längre perioder.

”Den trådlösa nervenheten möjliggör kronisk kemisk och optisk neuromodulering som aldrig har uppnåtts tidigare”, säger Raza Qazi – forskare och huvudförfattare till nya publikationen i Nature Biomedical Engineering. Den nya tekniken överskuggar konventionella metoder som används av neurovetenskapsmän. Tidigare användes styva metallrör och optiska fibrer för att leverera ljus och läkemedel.

Patientens rörelsefrihet begränsades av fysiska anslutningar och skrymmande utrustning. Dessutom orsakade den styva strukturen lesion eller ärrvävnad vilket gör den äldre utrustningen olämplig för långvarig implantation. Även om man försökt experimentera med mjukare material har de tidigare lösningarna haft begränsad framgång. Detta eftersom de äldre implantaten saknar förmåga att leverera läkemedel under långa tidsperioder.

Kontrollinställningarna var också mycket komplexa. Den nya utrustningen är mycket smidigare och har en ultratunn sond (som ett mänskligt hårstrå) med mikrofluidiska kanaler, små lysdioder (mindre än ett saltkorn) och ”plug-n-play” läkemedelspatroner. De första studierna har gjorts på djur och där har forskarna kunnat ändra beteende genom villkorad utlösning av ljus eller utsöndring av läkemedel.

Implantatet styrs via smartphone

Det nya implantatsystemet styrs via ett enkelt och tydligt användargränssnitt. Forskarna har arbetat med helautomatiserade djurstudier där både djurens beteende och deras förmåga att påverka andra djurs beteende har studerats. Michael Bruchas – professor i anestesiologi och smärtmedicin och farmakologi vid University of Washington School of Medicine – tror att denna teknik kommer att hjälpa forskare på många sätt.

”Det tillåter oss att bättre dissekera den neurala kretsbasen för beteende och hur specifika neuromodulatorer i hjärnan justerar beteende på olika sätt,” sade han. ”Vi är också angelägna om att använda enheten för komplexa farmakologiska studier, vilket kan hjälpa oss att utveckla ny terapeutik för smärta, missbruk och emotionella störningar.”

För att implantaten skulle fungera i verkligheten var forskarna tvungna att arbeta sig runt vissa problem. En kritisk utmaning var utmattning och avdustning av läkemedel. Genom att använda utbytbara patroner blir det möjligt att studera samma hjärnkretsar i månader utan att behöva oroa sig för att läkemedlet ska ta slut.

Forskarna i Jeong-gruppen vid KAIST utvecklar mjuk elektronik för bärbara och implanterbara apparater medan neurovetenskapsmän vid Bruchas laboratorium vid University of Washington studerar hjärnkretsar som kontrollerar stress, depression, beroende, smärta och andra neuropsykiatriska störningar.  Globalt samarbete framgångsrikt Denna globala samarbetsinsats bland ingenjörer och neurovetenskapsmän under en period på tre år i rad har lett till en framgångsrik validering av det nya hjärnimplantatet i fritt rörliga möss, som forskare tror verkligen kan påskynda upptäckten av hjärnan och dess sjukdomar.

”Denna revolutionerande enhet är frukten av avancerad elektronikdesign och kraftfull mikro- och nanoskala-teknik”, säger Jae-Woong Jeong – professor i elektroteknik vid KAIST. ”Vi är intresserade av att vidareutveckla denna teknik för att göra ett hjärnimplantat för kliniska tillämpningar.” Arbetet stöds av bidrag från National Research Foundation of Korea, U.S. National Institute of Health, National Institute on Drug Abuse och Mallinckrodt Professorship.