В Федеральной политехнической школе Лозанны (EPFL) разработали и испытали гибкий слуховой имплантат для установки в ствол головного мозга.
Развитие нейротехнологий в последние десятилетия вернуло слух многим людям благодаря установке кохлеарного имплантата. Однако он не подходит тем, у кого слуховые нервы повреждены слишком сильно. Перспективной альтернативой для таких пациентов может быть слуховой имплантат ствола мозга (ABI).
Большинство современных ABI — жесткие устройства, которые плохо контактируют с тканью. Из-за нежелательных побочных эффектов вроде головокружения или тиков лицевой мускулатуры часть их микроэлектродов приходится отключать, что ухудшает четкость слуха и разборчивость речи.
«Разработка мягкого имплантата, который действительно соответствует анатомии ствола мозга, — это ключевой этап в восстановлении слуха для пациентов, которые не могут использовать кохлеарные имплантаты», — говорит Стефани П. Лакур, руководительница Лаборатории мягких биоэлектронных интерфейсов EPFL.
Вместе с коллегами она создала мягкий ABI на основе тонкой пленки. Разработка, описанная в журнале Nature Biomedical Engineering, представляет собой гибкий массив микроскопических платиновых электродов, запечатанных в силикон, толщиной в доли миллиметра.
Испытание слухового протеза — сложная поведенческая задача
Вместо простых хирургических тестов исследователи провели масштабные поведенческие эксперименты на макаках с нормальным слухом. Это позволило оценить, насколько хорошо животные различают паттерны электрической стимуляции, как при естественном слухе.
«Половина задачи — создать рабочий имплантат, другая половина — научить животное показать нам своим поведением, что оно действительно слышит», — объясняет бывшая аспирантка EPFL Эмили Револь. Она старательно обучала животных выполнять задачу на слуховое различение: обезьяны нажимали и отпускали рычаг, чтобы сообщить, были ли последовательные тона одинаковыми или разными.
«Стимуляцию от мягкого ABI вводили постепенно, сначала смешивая ее с обычными тонами, чтобы обезьяна могла перейти от акустического к протезному слуху. Стояла цель понять, может ли животное обнаруживать небольшие изменения только от стимуляции мягким ABI. Результаты показывают, что обезьяна воспринимала эти импульсы почти так же, как реальные звуки», — рассказывает Револь.
Гибкий массив
«Основная идея состоит в использовании мягких биоэлектронных интерфейсов для улучшения контакта электродов с тканью. Если массив естественно повторяет изогнутую анатомию ствола мозга, мы можем снизить пороги стимуляции и подключить больше электродов для слуха высокой верности», — отмечает бывшая постдок EPFL Аликс Труйе.
Обычные ABI располагают на дорсальной поверхности кохлеарного ядра, которое имеет радиус 3 мм и сложную форму. Жесткие электроды оставляют воздушные зазоры, что приводит к избыточному распространению тока и нежелательной стимуляции нервов. Ультратонкая силиконовая новинка, напротив, мягко обволакивает мозговую ткань.
По словам Труйе, разработка гибкая и в плане ее универсальности — ее можно адаптировать с учетом индивидуальных особенностей реципиента. В текущей версии 11 электродов, и это число может быть значительно увеличено.
Улучшенный комфорт и меньше побочных эффектов
Ключевым результатом исследования стало отсутствие заметных побочных эффектов. В тестируемом диапазоне токов у животного не наблюдалось дискомфорта или подергиваний мышц лица — частых жалоб пользователей ABI.
«Обезьяна сама нажимала на рычаг для стимуляции снова и снова, — говорит Револь. — Если бы стимуляция была неприятной, она бы остановилась».
Путь к клиническому применению
Выход на следующие этапы внедрения технологии потребует дополнительных исследований и регуляторных шагов.
«В ближайших планах — испытать устройство интраоперационно во время операций по установке ABI у людей», — поделилась Лакур.
По ее словам, в этом должны помочь клинические партнеры команды в Бостоне, которые проводят такие операции регулярно: «Они могли бы кратковременно установить наш мягкий массив перед стандартным имплантатом, чтобы проверить, действительно ли снижается активация посторонних нервов».
Но уже полученные результаты более чем обнадеживают. «Наш имплантат оставался на месте у животного в течение нескольких месяцев без смещения электродов. Это важный шаг вперед, учитывая, что стандартные ABI часто мигрируют со временем», — заключила Труйе.
Нейроимплант для перевода мыслей в речь ускорили до режима реального времени — видео
Новый нейроимплант позволил ходить парализованным людям — видео