211service.com
Protéza pro rovnováhu
Představte si svět, kde se země kolísala s každým krokem, kde byste v temné místnosti nerozeznali shora dolů nebo kde vás chůze po měkkém koberci vyváděla z rovnováhy. To je realita pro lidi, kteří ztratili funkci vestibulárního systému, části vnitřního ucha, která kontroluje rovnováhu.
Neurovědci z Massachusetts Eye and Ear Infirmary v Bostonu se připravují na testování nové protézy, která by mohla pomoci. Za měsíc, Dan Merfeld přepne spínač na experimentálním zařízení implantovaném do opice rhesus, jejíž vlastní vestibulární systém byl deaktivován. Merfeld a jeho spolupracovník Richard Lewis doufám, že zařízení udělá pro rovnováhu to, co kochleární implantát udělal pro sluch. Pokud dokážeme, že dokážeme zlepšit rovnováhu u opic, byl by to podnět pro přechod do klinických studií, říká Lewis, vědec a otoneurolog (neurolog, který se specializuje na onemocnění uší).
Kochleární implantát – chirurgicky implantované elektronické zařízení, které dává neslyšícím pocit zvuku – byl dosud nejúspěšnější neurální protézou. Merfeld, Lewis a další využívají technologie vyvinuté pro tento implantát k vytvoření podobné protézy pro vestibulární systém.
Vnitřní ucho funguje jako gyroskop. Tři ortogonálně orientované struktury, nazývané půlkruhové kanály, snímají orientaci hlavy prostřednictvím pohybu tekutiny v kanálcích. Nervy spojené s těmito strukturami vysílají sled nervových signálů do mozku, který tyto informace integruje s vizuálními signály a dalšími podněty k udržení rovnováhy a stabilizaci zraku – například, abychom udrželi oči zaměřené na jeden bod při chůzi, čímž se eliminuje nervozita. , efekt ručního fotoaparátu, který bychom jinak mohli vnímat. Když je vestibulární systém vymazán, může dojít k vážným problémům s rovnováhou. Taková porucha je někdy vedlejším účinkem antibiotik. Může to být také způsobeno traumatem, infekcí a některými nemocemi. Například více než 500 000 jedinců ve Spojených státech trpí Meniérovou chorobou, zvláště vysilujícím onemocněním vnitřního ucha.
Pacienti mohou zůstat s příznaky nerovnováhy, která je někdy ochromující, navždy, říká Timothy E. Hullar , otolaryngolog na lékařské fakultě Washingtonské univerzity v St. Louis. Jako lékař s řadou pacientů s bilaterální vestibulární ztrátou jsem velmi nadšený z toho, že za pár let by protézy mohly být možností léčby.
Relativní jednoduchost vestibulárního systému z něj činí ideální cíl pro protézy. Horizontálně orientovaný kanál například detekuje pohyb zleva doprava, jako je negativní zatřesení hlavou. Neurony, které se připojují k tomuto kanálu, vysílají elektrické impulsy do mozku vysokou rychlostí, když se hlava otočí doleva, a nízkou rychlostí, když se otočí doprava. Merfeldova protéza napodobuje tento signalizační systém: pohybový senzor na hlavě měří rotaci a posílá tuto informaci do mikroprocesoru, který ji převádí na elektrické impulzy, které jsou přenášeny na elektrodu implantovanou do vnitřního ucha.
Předchozí výzkum ukázal, že zařízení může pomoci opicím veverkám, u kterých byla část jejich vestibulárního systému nefunkční. Když bylo zařízení zapnuto, zlepšil se vestibulokulární reflex opic, což znamená, že mohly lépe udržet své oči stabilní, když se jejich hlavy pohybovaly. (Zatím se výzkumníci svou protézou zaměřili pouze na jeden kanál. Jiní vědci pracující v této oblasti se zaměřili na všechny tři kanály u hlodavců.)
Tým chce nyní zjistit, jak dobře dokáže přístroj léčit další příznaky vestibulárních poruch, jako je rovnováha a vnímání. (Mozek využívá informace z vestibulárního systému k ovládání jak svalů, které pohybují našima očima, tak posturálních svalů, které nás udržují ve vzpřímené poloze.)
Ukázalo se, že měření těchto smyslů je obtížné, dokonce i u lidí. Náš vestibulární systém – na rozdíl od zraku nebo sluchu – řídíme z velké části nevědomě, takže je pro lidi obtížné kvantitativně hlásit, co vnímají, říká Christopher Platt, který dohlíží na rovnováhu a vestibulární výzkum v Národní ústav pro hluchotu a jiné poruchy komunikace . Merfeld a Lewis tedy otestují svou protézu na opici rhesus, kterou lze vycvičit k provádění složitých testů. Pro testování rovnováhy se například zvířata učí stát jednou končetinou na každé ze čtyř malých plošin, které se jednotlivě pohybují a vytvářejí iluzi zemětřesení. Poté vědci změřili schopnost zvířete udržovat rovnováhu v reakci na pohyby. Pro měření vnímání se zvířata učí otáčet volantem, aby svisle orientovala čáru na obrazovce počítače. Bez dalších vizuálních podnětů bude opice nebo osoba bez vestibulární funkce orientovat čáru ve stejném úhlu jako hlava.
To je velmi důležité, protože to znamená, že mohou testovat opice přesně stejnými testy, jaké dávají lidem, a získat lepší odhad toho, jak dobře si jejich zařízení vede, s nadějí, že to může být přenosné na lidi, říká Platt.
Pokud vše půjde dobře v počátečních experimentech, vědci doufají, že zvýší složitost zařízení a zaměří se na všechny tři kanály vnitřního ucha a nakonec i na další struktury. Ani Merfeldova skupina, ani jiní pracující v této oblasti se dosud nezaměřili na druhou sadu vestibulárních struktur, otolitické orgány, které snímají lineární zrychlení hlavy.