Εγκεφαλικά εμφυτεύματα – τι μας φέρνει το μέλλον;

Εγκεφαλικά εμφυτεύματα – τι μπορούμε να περιμένουμε στο μέλλον;

Τις τελευταίες δεκαετίες, οι επιστήμονες στο χώρο της υγείας έχουν στρέψει το ενδιαφέρον τους προς την εύρεση πιθανών θεραπειών αναφορικά με νευρολογικές παθήσεις και ψυχιατρικές διαταραχές οι οποίες έως και σήμερα φαίνεται να μην επιδέχονται θεραπείας ή επιστροφής σε πλήρη σωματική/εγκεφαλική λειτουργικότητα. Συγκεκριμένα, εφαρμοσμένες μελέτες που διενεργούνται δείχνουν πως τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα μπορούν να προσφέρουν θεραπευτικές λύσεις σε τέτοιου είδους παθήσεις, μέσω διεπαφής εγκεφάλου– ηλεκτρονικών κυκλωμάτων και νευροπροσθετικών μελών. Τέτοιου είδους συσκευές έχουν τη δυνατότητα να αντιμετωπίσουν ή να εξομαλύνουν ανίατες εγκεφαλικές παθήσεις και/ή να αποκαταστήσουν τη λειτουργία σωματικών μελών σε άτομα που αντιμετωπίζουν κάποιου είδους αναπηρία.

Με αυτό το τρόπο στο μέλλον θα προσφέρεται μια καλύτερη ποιότητα ζωής σε ανθρώπους που αντιμετωπίζουν κάποιες από νευρολογικές και ψυχιατρικές καταστάσεις, εφόσον περάσουν τη νευροχειρουργική διαδικασία που στοχεύει στην εμφύτευση της συσκευής σε ορισμένο σημείο του εγκεφάλου (αναλόγως τη πάθηση/αναπηρία προς αντιμετώπιση).

Πρόσφατες μελέτες δείχνουν πως η χρησιμότητα των εγκεφαλικών εμφυτευμάτων εκτείνεται σε ένα μεγάλο εύρος παθήσεων/αναπηριών, όπως θα δούμε στη συνέχεια:

1. Σωματικές/Κινητικές Αναπηρίες

Ένας από τους στόχους των σύγχρονων νευροεπιστημών είναι να αναπτύξει εγκεφαλικά εμφυτεύματα που θα προσφέρουν τη δυνατότητα ελέγχου πολλαπλών τεχνολογικών συσκευών, όπως π.χ. ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή, μονάχα χρησιμοποιώντας την ηλεκτρική δραστηριότητα των νευρώνων του εγκεφάλου – δηλαδή των “αγγελιαφόρων” επικοινωνίας μεταξύ εγκεφαλικών περιοχών καθώς και αυτών με το υπόλοιπο σώμα. Τέτοιου είδους εμφυτεύματα θα μπορέσουν να βοηθήσουν ανθρώπους που αντιμετωπίζουν κάποια σωματική αναπηρία.

Α. Σωματική Αναπηρία

Παραδείγματος χάριν, άτομα που αντιμετωπίζουν αναπηρία από τη μέση και κάτω θα έχουν τη δυνατότητα να περπατήσουν ξανά, ελέγχοντας έναν εξωσκελετό – δηλαδή έναν εξωτερικό σκελετό που “αγκαλιάζει” σαν περίβλημα τη σωματική περιοχή που δεν είναι λειτουργική.

Β. Παράλυση

Επιπλέον, τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα θα μπορέσουν να βοηθήσουν ανθρώπους που έχουν ελαχιστοποιημένες αισθήσεις λόγω κάποιας νευρολογικής βλάβης, καθώς και ανθρώπους με σοβαρό σύνδρομο εγκλεισμού (π.χ. τετραπληγία), που αντιμετωπίζουν ολική παράλυση εκτός των ματιών, μέσω επικοινωνίας που μπορεί να πραγματοποιηθεί με νευροπροσθετικά μέλη.

Αυτή η εξειδικευμένη επικοινωνία μεταξύ εγκεφαλικών εμφυτευμάτων και εξωσκελετών/νευροπροσθετικών μελών, η οποία θα ελέγχεται χωρίς καμία έξτρα προσπάθεια παρά μόνο μέσω της σκέψης, μπορεί να οδηγήσει στην αίσθηση πως το πρόσθετο μέλος είναι πλέον μια επέκταση του σώματός τους. Έτσι, θα υπάρξει ένα νέο είδος σκέψης (“neural thought”) που θα επιτρέπει την απευθείας επικοινωνία μεταξύ του εγκεφάλου και του σώματος, μέσω του κεντρικού ή/και του περιφερειακού νευρικού συστήματος. Επιπροσθέτως, η πλήρης νευροπροσθετική εμφύτευση, που θα προκύψει από μια εναρμονισμένη συνεργασία μεταξύ των εγκεφαλικών εμφυτευμάτων και της ρομποτικής, θα επιτρέψει σε ανθρώπους με παράλυση να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους σε τέτοιο επίπεδο ώστε η ζωή τους να μην επηρεάζεται αρνητικά από τη κινητική αναπηρία τους.

Γ. Τύφλωση

Εν συνεχεία, τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα φαίνεται να μπορούν να λειτουργήσουν αποτελεσματικά ακόμη και σε περιπτώσεις τύφλωσης – μιας πάθησης που μπορεί να οφείλεται σε πολλαπλές αιτίες, όπως στη μελαγχρωστική αμφιβληστροειδοπάθεια (retinitis pigmentosa – μια κατηγορία κληρονομικών παθήσεων που χαρακτηρίζονται από προοδευτική βλάβη τόσο του αμφιβληστροειδούς όσο και των φωτοϋποδοχέων του ματιού) ή στην ηλικιακή εκφύλιση ωχράς κηλίδας (age-related macular degeneration – μια οφθαλμική πάθηση που αναπτύσσεται σε μεγαλύτερες ηλικιακές ομάδες και μπορεί να προκαλέσει άλλοτε μερική και άλλοτε μεγαλύτερη απώλεια όρασης).

Βάσει πρόσφατων ερευνών, το βιονικό μάτι μπορεί να παίξει ένα ρόλο υψηλής σημασίας αναφορικά με την αποκατάσταση της όρασης. Πιο συγκεκριμένα, τα βιονικά μάτια αποτελούνται από ποικίλες τεχνολογίες, μια εκ των οποίων είναι τα τεχνητά συστήματα πολλαπλών μονάδων με τσιπάκια στον αμφιβληστροειδή, που μπορούν να ενσωματωθούν στον εγκέφαλο με μια απλή χειρουργική επέμβαση. Μέσω ολογραφικών τεχνολογιών τα άτομα με παθήσεις όρασης θα έχουν μια πιο καθαρή ποιότητα εικόνων, η οποία θα προκύπτει λόγω της αύξησης των ηλεκτροδίων στο εμφύτευμα του αμφιβληστροειδούς. Μάλιστα, επειδή μέταλλα ο λευκόχρυσος και το ιρίδιο, που χρησιμοποιούνται σήμερα στα εμφυτεύματα, φθίνουν σε διάστημα 5 με 10 ετών, προτείνεται η κατασκευή εμφυτευμάτων με βάση το διαμάντι, το οποίο δε φθίνει με το χρόνο. Συνακόλουθα, τέτοιου είδους εμφυτεύματα θα μπορέσουν να προσφέρουν μια νέα, ανεξάρτητη ζωή σε ανθρώπους που έχουν κάποια πάθηση σχετική με την όρασή τους.

2. Διαταραχές Διάθεσης

Μια μεγάλη μερίδα του παγκόσμιου πληθυσμού αντιμετωπίζει διαταραχές διάθεσης, όπως η μείζων κατάθλιψη, η δυσθυμία, και η διπολικη διαταραχή. Τέτοιου είδους διαταραχές έχουν ως κοινή ρίζα τη διατάραξη του συναισθήματος, η οποία συνακόλουθα μπορεί να οδηγήσει και σε διαταραχές της συμπεριφοράς λόγω της αδυναμίας διαχείρισης των συναισθημάτων. Μια πρόσφατη μελέτη έδειξε πως εγκεφαλικά εμφυτεύματα ελεγχόμενα από τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης μπορούν να βελτιώσουν ή και να θεραπεύσουν σοβαρές ψυχικές ασθένειες. Πιο συγκεκριμένα, φαίνεται πως τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα που διανέμουν ηλεκτρικούς παλμούς συντονισμένους με τα αισθήματα και τη συμπεριφορά του ατόμου, μπορούν να ανιχνεύσουν εγκεφαλικές δυσλειτουργίες που σχετίζονται με κάποια διαταραχή διάθεσης και να "σοκάρουν" τον εγκέφαλο ώστε να τον βοηθήσουν να επιστρέψει σε φυσιολογικά επίπεδα λειτουργίας. Υπάρχουν ενδείξεις πως η συνεχής διέγερση ορισμένων εγκεφαλικών περιοχών μπορεί να βελτιώσει τα συμπτώματα χρόνιας κατάθλιψης.

3. Επιληψία

Η επιληψία είναι μια χρόνια νευρολογική πάθηση του εγκεφάλου χαρακτηριζόμενη από απρόβλεπτες κρίσεις αισθητικών, κινητικών και ψυχικών εκδηλώσεων. Οι επιληπτικές κρίσεις αποτελούν επεισόδια απορρύθμισης του εγκεφάλου, που εκδηλώνονται με ποικίλους τρόπους όπως μουδιάσματα, σπασμούς στα πόδια ή/και στα χέρια, οπτικοακουστικές διαταραχές, και απώλεια συνείδησης. Πρόσφατες μελέτες υποστηρίζουν πως η ενσωμάτωση εγκεφαλικών εμφυτευμάτων που συνδέονται ασύρματα με πηγές από τοπικά υπολογιστικά συστήματα (local computing) και υπολογιστικά νέφη (cloud computing), μπορούν να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα της ηλεκτρικής διέγερσης των σχετικών εγκεφαλικών περιοχών, καθώς και της παρακολούθησης και διαχείρισης της νόσου σε άτομα που αντιμετωπίζουν επιληπτικά επεισόδια. Τέτοιου είδους εγκεφαλικά εμφυτεύματα διεγείρουν ηλεκτρικά τον εγκέφαλο μέσω ενδοκρανιακά εμφυτευμένων ηλεκτροδίων. Τα πολλαπλά προτερήματα τέτοιων συστημάτων εκτείνονται από την άμεση ενημέρωση και επικοινωνία μεταξύ ασθενών και ιατρών σχετικά με την αρχή, τη διάρκεια και την σοβαρότητα πιθανών επιληπτικών επεισοδίων, στην απευθείας καταγραφή και ανάλυση δεδομένων από ενδοκρανιακά εγκεφαλογραφήματα σε πραγματικό χρόνο, στοχεύοντας στη πιο αποτελεσματική αντιμετώπιση ή/και στην πρόληψη επιληπτικών επεισοδίων σε ασθενείς. Επιπλέον, φαίνεται πως τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα προερχόμενα από βλαστοκύτταρα που είναι σχεδιασμένα έτσι ώστε να παράγουν αδενοσίνη – έναν νευροδιαβιβαστή που παράγεται σε ορισμένες εγκεφαλικές περιοχές και σχετίζεται με καταστάσεις συναισθημάτων, εμπιστοσύνης και επαφής με το περιβάλλον – μπορούν να προσφέρουν πιθανή αντιεπιληπτογόνα δράση. Έτσι, θα δοθεί η ευκαιρία πλήρους πρόληψης επιληπτικών κρίσεων μέσω της ρύθμισης της εγκεφαλικής λειτουργίας από τα προαναφερόμενα εγκεφαλικά εμφυτεύματα.

4. Νόσος του Πάρκινσον

Αντιστοίχως με την επιληψία, μια νέα προτεινόμενη μέθοδος βαθείας μάθησης κατά τη βαθεία εγκεφαλική διέγερση προσδίδει πρόσφορο έδαφος για την παρακολούθηση και τη πρόβλεψη της ταχύτητας του τρόμου ηρεμίας (rest tremor velocity) – ενός χαρακτηριστικού που παρατηρείται στην αξιολόγηση της σοβαρότητας μιας νευρολογικής νόσου – σε ασθενείς που πάσχουν από τη νόσο του Πάρκινσον. Αυτή η νόσος είναι μια εκφυλιστική διαταραχή του κεντρικού νευρικού συστήματος που χαρακτηρίζεται από κινητικά συμπτώματα όπως τρόμο, βραδυκινησία, και ακαμψία, τα οποία αργότερα ακολουθούνται από ψυχιατρικά συμπτώματα, όπως η άνοια και η κατάθλιψη. Η νέα μέθοδος βαθείας εγκεφαλικής διέγερσης θα δώσει τη δυνατότητα ανίχνευσης διαφόρων ειδών παρκινσονικών κρίσεων, με αποτέλεσμα την έγκυρη και έγκαιρη προειδοποίηση των ασθενών σχετικά με την πιθανώς επερχόμενη κρίση.

5. Πλάγια Μυατροφική Σκλήρυνση (Νόσος του Κινητικού Νευρώνα)

Τα άτομα που πάσχουν από πλάγια μυατροφική σκλήρυνση (amyotrophic lateral sclerosis – ALS), μια νόσο άγνωστης αιτιολογίας με σοβαρή πιθανότητα εμφάνισης λόγω κληρονομικότητας, χάνουν την ικανότητα μετάδοσης νευρικών σημάτων από τα εγκεφαλικά νεύρα, το νωτιαίο μυελό, και το στέλεχος του εγκεφάλου (που ελέγχουν τις εκούσιες κινήσεις) προς τους μύες, με αποτέλεσμα να αντιμετωπίζουν παράλυση σε βαθμό που χάνουν την ικανότητά τους να επικοινωνούν μέσω ομιλίας. Ερευνητές υποστηρίζουν πως σε περιπτώσεις προχωρημένης νόσου, ένα νέο επικοινωνιακό σύστημα αποτελούμενο από ένα εγκεφαλικό εμφύτευμα που επικοινωνεί με υπολογιστή και αποτελείται από υποσκληρίδια ηλεκτρόδια τοποθετημένα στο κινητικό φλοιό του εγκεφάλου, καθώς και από έναν αναμεταδότη τοποθετημένο υποδόρια στην αριστερή πλευρά του θώρακα, ο ασθενής θα μπορεί να ελέγχει έγκυρα και ανεξάρτητα έναν υπολογιστή που θα γράφει λέξεις προκειμένου να επικοινωνεί με τον περίγυρό του.