Τα τσιπάκια του μυαλού

Πριν από λίγες ημέρες έκανε τον γύρο του κόσμου η είδηση ότι ένα εμφύτευμα που τοποθετείται στον εγκέφαλο μπορεί να βοηθήσει στην αποκατάσταση τραυματισμών στη σπονδυλική στήλη και να επιτρέψει σε ασθενείς με παράλυση να ανακτήσουν μέρος ή και το σύνολο της κίνησής τους. Πολλές ερευνητικές ομάδες σε όλον τον κόσμο τα τελευταία χρόνια προσπαθούν να αναπτύξουν εγκεφαλικά εμφυτεύματα που μπορούν να βοηθήσουν στην αποκατάσταση διαφόρων ειδών προβλημάτων υγείας. Ας δούμε ορισμένες από τις πιο ενδιαφέρουσες σχετικές έρευνες.

 

Υπερφυσική όραση

Ισως μια μέρα θα μπορούμε να βλέπουμε καθαρά ακόμα και στο πιο πυκνό σκοτάδι: ένα σύστημα που συνδέει τον εγκέφαλο με οπτικούς αισθητήρες χάρισε σε ποντίκια υπέρυθρη όραση. Το πείραμα που πραγματοποίησαν ερευνητές στις ΗΠΑ δείχνει πως ο εγκέφαλος είναι πιο εύπλαστος από ό,τι φανταζόμασταν κάποτε, και μάλιστα μπορεί να αξιοποιεί νέες, εντελώς άγνωστες πηγές αισθητικών ερεθισμάτων. Ο διάσημος ερευνητής Μιγκέλ Νικολέλις του Πανεπιστημίου Duke στη Νότια Καρολίνα εμφύτευσε τέσσερα ηλεκτρόδια στον οπτικό φλοιό των πειραματοζώων. Τα ηλεκτρόδια μετέφεραν σήματα από ισάριθμους υπέρυθρους αισθητήρες, οι οποίοι κάλυπταν το περιβάλλον σε γωνία 360 ημερών. Μέσα σε διάστημα μόλις μιας ημέρας, τα ποντίκια είχαν μάθει πώς να ακολουθούν λάμψεις υπέρυθρης ακτινοβολίας για να φτάσουν σε ένα μπολ με νερό - ισχυρή ένδειξη πως έβλεπαν το υπέρυθρο φως. 

Η υπέρυθρη ακτινοβολία, λίγο έξω από τις ικανότητες της ανθρώπινης όρασης, αντιστοιχεί χονδρικά στην εκπομπή θερμότητας, γι' αυτό και χρησιμοποιείται στις θερμικές κάμερες νυχτερινής όρασης. Ελάχιστα ζώα, όπως κάποια φίδια, μπορούν να βλέπουν το υπέρυθρο φως, κυρίως για να αντιλαμβάνονται από μακριά τη θερμότητα της λείας τους. Προτού αρχίσει να πειραματίζεται με την αίσθηση της όρασης, η ομάδα του δρος Νικολέλις είχε μάλιστα καταφέρει να δώσει στα πειραματόζωα υπέρυθρη αφή - σε αυτή την περίπτωση τα ηλεκτρόδια είχαν εμφυτευθεί σε μια περιοχή του σωματοαισθητικού φλοιού. Τα πειραματόζωα μπορούσαν έτσι να αντιλαμβάνονται το υπέρυθρο φως με τα μουστάκια τους. Στο απώτερο μέλλον, λένε οι ερευνητές, παρόμοιες τεχνικές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την αποκατάσταση της όρασης, ή ακόμα και σε συσκευές που ενισχύουν τις ανθρώπινες αισθήσεις. Η σημασία της μελέτης όμως έγκειται κυρίως στο γεγονός ότι ο εγκέφαλος μπορεί να δημιουργεί νέα νευρικά κυκλώματα για να αντιλαμβάνεται και να επεξεργάζεται νέα αισθητικά ερεθίσματα.

Εγκέφαλος... GPS

Σε εξέλιξη βρίσκονται κλινικές δοκιμές ενός εμφυτεύματος το οποίο είναι σχεδιασμένο ώστε να αποκαθιστά τις αναμνήσεις σε άτομα με νόσους του εγκεφάλου

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τόκιο για πρώτη φορά μετέτρεψαν τον εγκέφαλο τυφλών πειραματόζωων σε «ζωντανή» πυξίδα, χάρη σε ένα γεωμαγνητικό εμφύτευμα και με αυτόν τον τρόπο επέτρεψαν στους αρουραίους να προσανατολίζονται στον χώρο τους σαν να βλέπουν γύρω τους. Η νευροπροσθετική συσκευή (γεωμαγνητικός ηλεκτρονικός αισθητήρας) θα μπορούσε στο μέλλον να αξιοποιηθεί και από τυφλούς ανθρώπους, δίνοντάς τους τη δυνατότητα να βρίσκουν τον δρόμο τους. Σε πρώτη φάση, τέτοιοι αισθητήρες θα μπορούσαν να τοποθετηθούν στα ειδικά μπαστούνια των τυφλών. Σε κάθε περίπτωση, το επίτευγμα αποκαλύπτει την εκπληκτική πλαστικότητα και τις κρυμμένες δυνατότητες του εγκεφάλου των θηλαστικών, ο οποίος μπορεί να αναπληρώσει το κενό μιας χαμένης αίσθησης (εν προκειμένω της όρασης), με άλλες αισθητηριακές πληροφορίες (γεωμαγνητικές). Γι' αυτό, ορισμένοι επιστήμονες δεν αποκλείουν ότι κάποια στιγμή οι άνθρωποι θα μπορέσουν να διευρύνουν κυριολεκτικά τους ορίζοντές τους, αποκτώντας - με τη βοήθεια της τεχνολογίας - νέες αισθήσεις, όπως γεωμαγνητικές, υπέρυθρης όρασης, υπερηχητικής ακοής κ.ά.

Ακοή

Ενα επαναστατικό μαγνητικό εμφύτευμα αποκατέστησε την ακοή ενός 24χρονου ηθοποιού στη Βρετανία ο οποίος εμφάνισε κώφωση στο ένα αφτί του στην ηλικία των 17 ετών, δίνοντας ελπίδα σε πολλούς ασθενείς οι οποίοι δεν έχουν δει όφελος από τα «παραδοσιακά» βοηθήματα ακοής. Ο Μπίλι Κάγκλιν υπεβλήθη στην πρωτοποριακή επέμβαση στο Νοσοκομείο Χάρτλαντς στο Μπέρμιγχαμ πριν από δύο χρόνια και όπως ο ίδιος αναφέρει «μπορώ πλέον να ακούω ήχους όπως τα βήματα κάποιου. Μπορεί να φαίνεται ασήμαντο αλλά για εμένα πολλά τέτοια απλά πράγματα ήταν αδιανόητα τα τελευταία πέντε χρόνια. Νιώθω πλέον και πάλι ο εαυτός μου».

Η νέα συσκευή ονομάζεται Attract και «αγκιστρώνεται» στο οστό του κρανίου του ασθενούς (οι συσκευές του είδους ονομάζονται BAHA - Bone Anchored Hearing Aid). Aντικαθιστά τις παλαιότερες εκδόσεις αυτού του είδους των βοηθημάτων. Για την ακρίβεια, ενώ τα παραδοσιακά εμφυτεύματα BAHA φέρουν μια μεταλλική βίδα η οποία εισάγεται στο κρανίο και μεταφέρει δονήσεις στο έσω ους, η συσκευή Attract διαθέτει έναν μικρό μαγνητικό δίσκο ο οποίος εισάγεται κάτω από το δέρμα πίσω από το αφτί. Ο μαγνητικός δίσκος επιτρέπει στον χρήστη να χρησιμοποιεί κατά βούληση έναν ηλεκτρονικό επεξεργαστή ήχου με μέγεθος όσο εκείνο ενός Bluetooth. Οταν ο ασθενής δεν φορά τον επεξεργαστή ήχου, το εμφύτευμα είναι πλήρως αόρατο.

 

Αρτηριακή πίεση

Μια εμφυτεύσιμη μικροσυσκευή που δημιούργησαν γερμανοί ερευνητές προκαλεί σημαντική μείωση της αρτηριακής πίεσης του αίματος, σύμφωνα με προκαταρκτικά αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν στην επιθεώρηση «Journal of Neural Engineering». Η συσκευή που εκπέμπει ηλεκτρικά σήματα δοκιμάστηκε επιτυχώς σε πειραματόζωα, μειώνοντας έως και κατά 40% την αρτηριακή τους πίεση, χωρίς μάλιστα σοβαρές παρενέργειες. Οι επιστήμονες του Εργαστηρίου Βιοϊατρικής Μικροτεχνολογίας του Πανεπιστημίου του Φράιμπουργκ, με επικεφαλής τον δρα Ντένις Πλάχτα, εκτιμούν ότι η μικροσυσκευή ενδεχομένως στο άμεσο μέλλον να αποτελέσει εναλλακτική θεραπευτική λύση για τους ασθενείς που δεν ανταποκρίνονται στην αντι-υπερτασική αγωγή με φάρμακα.  

Οι επιστήμονες εμφύτευσαν τη συσκευή, που διαθέτει 24 ηλεκτρόδια, έχει μήκος δύο εκατοστών και διάμετρο 0,8 χιλιοστών, ενώ εκπέμπει 40 ηλεκτρικούς παλμούς ανά δευτερόλεπτο, σε πέντε αρσενικούς αρουραίους. Τοποθετήθηκε γύρω από το πνευμονογαστρικό νεύρο του παρασυμπαθητικού συστήματος, το οποίο ξεκινά από το στέλεχος του εγκεφάλου και φθάνει ως τον θώρακα και την κοιλιά, περνώντας από ζωτικά όργανα, όπως η καρδιά.

 

Το εμφύτευμα διαθέτει αισθητήρες που αντιλαμβάνονται τη διαστολή των αιμοφόρων αγγείων, όταν αυξάνεται η αρτηριακή πίεση. Στη συνέχεια, στέλνει τα κατάλληλα ηλεκτρικά ερεθίσματα στο πνευμονογαστρικό νεύρο για να μειωθεί η αρτηριακή πίεση.

Αναμνήσεις

Σε εξέλιξη βρίσκονται κλινικές δοκιμές ενός εμφυτεύματος το οποίο είναι σχεδιασμένο ώστε να αποκαθιστά τις αναμνήσεις σε άτομα με νόσους του εγκεφάλου.

Ερευνητές που μελετούν πώς λειτουργεί η μνήμη έχουν ήδη διεξαγάγει επιτυχημένα πειράματα σε αρουραίους και πιθήκους και τώρα έχουν ξεκινήσει δοκιμές του εμφυτεύματος σε ανθρώπους. Ασθενείς όπως αυτοί με επιληψία αναμένεται να είναι από τους πρώτους που θα ωφεληθούν από το εμφύτευμα, ωστόσο ελπίζεται ότι τελικά θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε άτομα με νόσο Αλτσχάιμερ ή άλλες μορφές άνοιας.

 

Το συγκεκριμένο εμφύτευμα που αναπτύσσεται στις ΗΠΑ έχει σχεδιαστεί ώστε να υπενθυμίζει σε «ελαττωματικές» περιοχές του εγκεφάλου πώς να θυμούνται. Η συσκευή παρουσιάστηκε για πρώτη φορά το 2013 και καταγράφηκε ως ένα από τα τοπ 10 επιστημονικά επιτεύγματα εκείνης της χρονιάς, ενώ εκτιμάται ότι αν οι δοκιμές ολοκληρωθούν με επιτυχία θα κυκλοφορήσει στην αγορά μέσα στα επόμενα δύο με πέντε χρόνια. Η συσκευή τοποθετείται στον ιππόκαμπο του εγκεφάλου, σε μια περιοχή όπου η ικανότητα μνήμης έχει υποστεί βλάβη. Στόχος είναι το εμφύτευμα να δρα στην περιοχή του εγκεφάλου όπου η βραχυπρόθεσμη μνήμη μετατρέπεται σε μακροπρόθεσμη.

 

Συγκεκριμένα το εμφύτευμα λειτουργεί  «παρατηρώντας» μια ανάμνηση καθώς αυτή σχηματίζεται σε μια περιοχή του εγκεφάλου και στη συνέχεια ενεργοποιώντας μιαν άλλη περιοχή του ιπποκάμπου η οποία βρίσκεται πιο χαμηλά στο «δίκτυο» της μνήμης ώστε να επαναλάβει τη διαδικασία. Η συσκευή αποτελείται από ξεχωριστά σετ ηλεκτροδίων - το ένα καταγράφει τον σχηματισμό των αναμνήσεων προτού στείλει σήμα σε έναν υπολογιστή η οποίος μετατρέπει τη διαδικασία σε μακροπρόθεσμη μνήμη. Ενα δεύτερο σετ ηλεκτροδίων παίρνει στη συνέχεια οδηγίες από τον υπολογιστή ώστε να ενεργοποιήσει ένα άλλο σημείο του ιπποκάμπου για να παραχθεί η ίδια ανάμνηση.