Przeszczep przywracający funkcje poznawcze po uszkodzeniu mózgu

Nowa technologia wykorzystująca głęboką stymulację mózgu, dostosowaną do każdego pacjenta, przekroczyła oczekiwania badaczy w leczeniu zaburzeń poznawczych spowodowanych umiarkowanym do ciężkiego urazowym uszkodzeniem mózgu.

W 2001 roku Gina Arata była na ostatnim semestrze studiów i planowała ubiegać się o przyjęcie na studia prawnicze, kiedy w wypadku samochodowym doznała urazu mózgu. Uraz osłabił jej zdolność koncentracji do tego stopnia, że ​​miała problemy z funkcjonalnym sortowaniem poczty.

„Nic nie pamiętam” – powiedziała Arata, która mieszka z rodzicami w Modesto. „Odpadła mi lewa stopa, więc cały czas się o coś potykałam. Zawsze uczestniczyłam w wypadkach samochodowych. Nie miałam filtra – bardzo łatwo wpadałam w złość”.

Jej rodzice dowiedzieli się o badaniach prowadzonych w Stanford Medicine i skontaktowali się z nią; Arata zostaje zaakceptowany jako uczestnik. W 2018 roku lekarze chirurgicznie wszczepili jej urządzenie głęboko w mózg, a następnie dokładnie skalibrowali aktywność elektryczną urządzenia, aby stymulować sieci uszkodzone w wyniku urazu.

Gina Arata, która doznała urazu mózgu w wypadku samochodowym, nie mogła się skoncentrować na tyle, by czytać. Wszczepienie jej urządzenia do mózgu poprawiło jej zdolność koncentracji, pamięć i nastrój. Źródło: dzięki uprzejmości rodziny Arata

Od razu zauważyła różnicę: zapytana o listę produktów znajdujących się na półce z artykułami spożywczymi w sklepie spożywczym, potrafiła wyeliminować owoce i warzywa. Następnie jedna z badaczek wyłączyła urządzenie i nie była w stanie podać żadnego nazwiska.

„Od czasu przeszczepu ani razu nie dostałem mandatu za przekroczenie prędkości” – powiedziała Arata. „Już nie podróżuję. Pamiętam, ile miałam pieniędzy na koncie. Nie umiałam czytać, ale po przeszczepie kupiłam książkę, Gdzie śpiewają rakiBardzo mi się to podobało i zapamiętałem. A ja nie mam takiego temperamentu.

Przełom w leczeniu urazów mózgu

W przypadku Araty i czterech innych osób eksperymentalne urządzenie do głębokiej stymulacji mózgu przywróciło w różnym stopniu zdolności poznawcze utracone wiele lat wcześniej w wyniku urazów mózgu. Nowa technologia, opracowana przez naukowców ze Stanford Medicine i współpracowników z innych instytucji, jako pierwsza okazała się obiecująca w leczeniu długotrwałej niepełnosprawności spowodowanej umiarkowanym lub ciężkim urazowym uszkodzeniem mózgu.

Wyniki badania klinicznego opublikowano 4 grudnia w czasopiśmie Medycyna naturalna.

Życie z urazowym uszkodzeniem mózgu

Ponad 5 milionów Amerykanów żyje z trwałymi skutkami umiarkowanego do ciężkiego urazowego uszkodzenia mózgu – trudnościami z koncentracją, zapamiętywaniem i podejmowaniem decyzji. Chociaż wielu z nich wraca do zdrowia na tyle, aby móc samodzielnie żyć, niepełnosprawność uniemożliwia im powrót do szkoły lub pracy oraz wznowienie życia społecznego.

„Ogólnie rzecz biorąc, istnieje bardzo niewiele metod leczenia tych pacjentów” – powiedział Jamie Henderson, lekarz medycyny, profesor neurochirurgii i współautor badania.

Jednakże fakt, że ci pacjenci wybudzili się ze śpiączki i odzyskali znaczną część funkcji poznawczych, sugeruje, że systemy mózgowe odpowiedzialne za uwagę i czujność – czyli zdolność do pozostawania w stanie czuwania, zwracania uwagi na rozmowę i skupiania się na zadaniu – zostały uszkodzone. stosunkowo słaby. Zapisano.

Zrozumienie i ukierunkowanie mózgu

Systemy te łączą wzgórze, stację przekaźnikową znajdującą się głęboko w mózgu, z punktami w korze mózgowej, zewnętrznej warstwie mózgu, która kontroluje wyższe funkcje poznawcze.

„U tych pacjentów ścieżki te pozostały w dużej mierze nienaruszone, ale wszystko zostało obniżone” – powiedziała Henderson, profesorowie Johna i Jane Bloom Robert i Ruth Halperin. „To tak, jakby światła były przyćmione i nie było wystarczającej ilości prądu, aby je ponownie włączyć”.

Jimmy’ego Hendersona. Źródło: Medycyna Stanforda

W szczególności obszar wzgórza zwany centralnym jądrem bocznym działa jako ośrodek regulujący wiele aspektów świadomości.

„Jądro centralne boczne jest zoptymalizowane pod kątem intensywnego poruszania się obiektów, ale jego wadą jest to, że w przypadku urazu wieloogniskowego przyjmuje ono zwykle większe uderzenie, ponieważ uderzenie może pochodzić z niemal dowolnego miejsca w mózgu” – powiedział dr Nicholas Schiff. „. Weill Cornell, profesor medycyny i współautor badania.

Naukowcy mają nadzieję, że precyzyjna stymulacja elektryczna centralnego jądra bocznego i jego połączeń reaktywuje te ścieżki, powodując ponowne włączenie świateł.

Sukces badań klinicznych

Do badania naukowcy zrekrutowali pięciu uczestników z trwałymi zaburzeniami funkcji poznawczych, które wystąpiły ponad dwa lata po doznaniu umiarkowanych lub ciężkich uszkodzeń mózgu. Mieli od 22 do 60 lat, a obrażenia odnieśli od trzech do 18 lat wcześniej.

Wyzwanie polegało na umieszczeniu stymulatora dokładnie w odpowiednim miejscu, które różni się w zależności od osoby. Na początku każdy mózg ma inny kształt, a urazy doprowadziły do ​​dalszych modyfikacji.

„Dlatego opracowaliśmy szereg narzędzi, które pozwalają lepiej zdefiniować tę dziedzinę” – powiedział Henderson. Naukowcy stworzyli wirtualny model każdego mózgu, co pozwoliło im określić lokalizację i poziom stymulacji, która aktywuje centralne jądro boczne.

Kierując się tymi modelami, Henderson chirurgicznie wszczepił urządzenia pięciu uczestnikom.

„Ważne jest dokładne określenie obszaru” – powiedział. „Jeśli odbiegasz o kilka milimetrów od celu, jesteś poza efektywną strefą”.

Pionierski moment

Po dwutygodniowej fazie dostosowywania dawki mającej na celu optymalizację stymulacji uczestnicy spędzili 90 dni z urządzeniem włączonym przez 12 godzin dziennie.

Ich postępy mierzono za pomocą standardowego testu szybkości przetwarzania umysłowego, zwanego testem tworzenia ścieżki, który polega na rysowaniu linii łączących mieszaninę liter i cyfr.

„To bardzo czuły test sprawdzający dokładnie to, na co patrzymy: zdolność skupiania się, koncentracji, planowania i robienia tego w sposób uwzględniający czas” – powiedział Henderson.

Pod koniec 90-dniowego okresu leczenia uczestnicy testu poprawili swoją prędkość średnio o 32%, znacznie przekraczając zakładane przez badaczy 10%.

„Jedyną zaskakującą rzeczą jest to, że poszło tak, jak się spodziewaliśmy, co nie zawsze jest pewne” – powiedział Henderson.

Wpływ na życie uczestników

W przypadku uczestników i ich rodzin widoczna była poprawa w ich codziennym życiu. Podjęli czynności, które wydawały się niemożliwe, takie jak czytanie książek, oglądanie programów telewizyjnych, granie w gry wideo czy odrabianie zadań domowych. Czuli się mniej zmęczeni i mogli przeżyć dzień bez drzemki.

Leczenie było tak skuteczne, że badacze mieli trudności z ukończeniem ostatniej części badania. Zaplanowali fazę wycofania się na ślepo, podczas której połowa uczestników zostanie losowo wybrana do wyłączenia swoich urządzeń. Dwóch pacjentów odmówiło, nie chcąc skorzystać z tej możliwości. Spośród trzech osób, które uczestniczyły w fazie odstawienia, losowo wybrano jednego, który wyłączył swoje urządzenie. Po trzech tygodniach bez stymulacji uczestnik ten wykonał test pokonywania szlaku o 34% wolniej.

Postępy w leczeniu urazów mózgu

Badanie kliniczne jest pierwszym ukierunkowanym na ten obszar mózgu u pacjentów z umiarkowanym lub ciężkim urazem mózgu i daje nadzieję wielu osobom, które wyzdrowiały.

„To przełomowy moment” – powiedział Schiff. „Naszym celem jest teraz podjęcie systematycznych kroków, aby wynaleźć lekarstwo. To dla nas wystarczający sygnał, abyśmy dołożyli wszelkich starań. „

Odniesienie: „Głęboka stymulacja wzgórza w przypadku urazowego uszkodzenia mózgu: faza I, randomizowane badanie wykonalności” autorstwa Nicholasa D. Schiffa, Josepha T. Giacino, Christopher R. Batsona, Eun Young Choi, Jonathana L. Baker, Kyle B. Sullivan, Andrew B. Jansona, Michaela Bergina, Helen M. Bronte Stewart, Jason Chua, Laurel D. George, Soria Dickman, Adam Fogarty, Linda M. Gerber, Mark Creel, Jose Maldonado, Matthew Radovan, Sodhin A. Shah, Jason Su, Nancy Temkin, Thomas Tordias, Jonathan D. Victora, Abigail Waters, Stephanie A. Kołakowski-Hayner, Joseph J. Vins, Andre J. Machado, Brian K. Korzeń, Jimmy M. Henderson, 4 grudnia 2023 r., Medycyna naturalna.
doi: 10.1038/s41591-023-02638-4

Naukowcy z Weill Cornell Medical College, Spaulding Rehabilitation Hospital w Bostonie, Harvard Medical School, University of Utah, Uniwersytet FlorydyUniwersytet Vanderbilta, uniwersytet WaszyngtońskiUniwersytet Purdue i klinika w Cleveland również wzięły udział w badaniu.

Badanie zostało wsparte finansowaniem z inicjatywy National Institutes of Health BRAIN oraz grantem z Translational Science Center w Weill Cornell Medical College. Implanty chirurgiczne dostarczyła firma Medtronic.