Nörofeedback İçeren Derin Beyin Stimülatörü için Yeşil Işık Yandı

Fotoğraf : Beyin sinyallerini yakalayabilen, pazarlanan ilk derin nörostimülatör.

Haziran ayında derin beyin stimülasyon alanında yapılan çalışmalara bir yenisi daha eklendi, ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA)’nin beyin dalgalarını algılama yeteneğine sahip bir sistemin onaylanmasıyla büyük bir adım atıldı. Percept adı verilen ve Medtronic tarafından geliştirilen bu cihaz, daha önce klinik olarak mevcut olmayan, aynı anda uyarılırken beyin aktivitesini kaydedebilen ticari olarak mevcut ilk DBS sistemidir. FDA, Parkinson hastalığı, esansiyel titreme, distoni, epilepsi ve obsesif kompulsif bozukluk tedavisini için bu cihazın kullanımını onayladı.

Medtronic’in cihazı yalnızca hareket ve psikiyatrik bozukluklar için ilk ticari beyin algılama DBS cihazı olmakla kalmıyor, aynı zamanda nöromodülasyon alanının nihai hedefine doğru ilerlemesine yardımcı oluyor: Bir hastanın benzersiz beyin aktivitesine uyarlanmış elektriksel stimülasyonu aldığı kapalı çevrim sistemini de geliştiriyor. Güney Carolina Tıp Üniversitesi Beyin Stimülasyon Laboratuvarı müdürü Mark George, “Geliştirilen bu cihaz, bu yönde atılmış önemli bir adım. Eğer stimülasyonu kişinin beyninden gelen bir sinyale uyarlayabilir ve bunu yetenekli bir şekilde yaparsanız, beynin fizyolojisini gerçekten değiştirebilirsiniz. Geliştirilen bu strateji potansiyel olarak plastisiteye neden olabilir ve altta yatan hastalığın tedavisine yardımcı olabilir.” diyor.

DBS, cerrahi olarak yerleştirilmiş elektrotların istenmeyen nörolojik aktiviteyi engellemek için derin beyin yapılarına elektriksel uyarıların gönderildiği bir çeşit terapidir. Uyarılar, tipik olarak göğse implante edilen ve beyne implante edilen elektrotlar aracılığıyla bağlanan kalp pili benzeri bir cihaz tarafından üretilir. 1997’deki ilk ABD yasal onayından bu yana, yüz binlerce DBS cihazı parkinson hastalığı, sitoni, esansiyel titreme, epilepsi, obsesif-kompulsif bozukluk ve diğer hastalıkları olan kişilere implante edildi . Abbott Laboratories, Aleva Neurotherapeutics (Lozan, İsviçre), Boston Scientific, Medtronic, PINS Medical (Pekin) ve SceneRay (Suzhou, Çin) çeşitli ticari DBS sistemleri sunulmaktadır.

DBS parkinson hastalığı için tipik olarak bir hasta birkaç yıl boyunca ilaç tedavisi aldıktan sonra reçete edilir. İlaç işe yarıyor olabilir, ancak dozlar arasında değişiklik gösterme eğilimindedir. Calgary Üniversitesi’nde bir beyin cerrahı ve klinik sinirbilim profesörü olan Zelma Kiss “Bu, DBS’nin gerçekten yardımcı olduğu bir hastalık grubudur. İlaçların işe yaramadığı dönemlerde hastaları iyileştiriyor. Normal yürüyebilme kabiliyetinden koltukta donmuş olmaya gitmek gibi bu devasa iniş ve çıkışlara sahip olmak yerine, günleri daha akıcı kılınmasını sağlıyor.” diyor. Tremorlu hastaların, uyuşturucu etkiye sahip ilaçlarla titremelerinin kontrol edemeyebileceği durumlar içinde; DBS iyi bir aday olarak görülüyor.

Görünen üzerine DBS yaşam kalitesini artırabilir. Örneğin, Medtronic’in ticari DBS cihazının önceki modellerinden birine ait klinik denemesinde: 251 kişilik Parkinson hastalarından oluşan bir çalışma grubunda DBS alan grubun, diğer tıbbi tedavi alan kontrol grubuna kıyasla; hastaların motor skorlarının % 53 arttığı, saatlere göre hareketliliğinin (periyodik) % 20 arttığı ve ilaç ihtiyaçlarının % 39 azaldığı gözlemlenmiştir. Bu çalışma 2013 yılında Avrupa’da tamamlanarak New England Tıp Dergisi’nde yayımlandı.

Medtronic’in Percept adı verilen yeni çift işlevli bu cihaz, klinisyenlerin yıllardır kullandığı DBS sistemlerine göre artan bir iyileştirmeden daha fazlasına sahip. Şimdiye kadar, ticari DBS cihazları tek yönlü oldukları gibi beyin aktivitesini de ayarlayamıyorlardı ve bireyin durumuna bakılmaksızın, kör atış yapmak gibi uyarımlarda bulunuyorlardı. Bu nedenle klinisyenler, Parkinson hastalarında titreme veya hareketi başlatmada zorluk gibi fizyolojik belirtilere göre stimülasyon ayarlarını düzenlemek zorundaydı. George, “İlk FDA onayını alan bu teknoloji(tek yönlü çalışan cihazları kastediyor), ancak herkes bunun aptalca olduğunu fark etti. Hastalar için süslü bir koltuk değneğinden başka bir şey değildi. Hiçbir şekilde beynin fizyolojisini değiştirme yeteneği yoktu. “Diyor.

Hem algılayabilen hem de uyarabilen ilk onaylı beyin stimülasyon sistemi, fokal epilepsiyi tedavi etmek için NeuroPace tarafından geliştirilmişti. NeuroPace’in cihazı, nöbetin başladığı kesin beyin bölgesine implante edilir. RNS Sistemi olarak adlandırılan cihaz, epileptik nöbetten hemen önce meydana gelen benzersiz sinirsel aktiviteyi tanımlamak için tasarlanmıştır. Ardından, nöbetin gerçekleşmesini durdurmak için önleyici bir elektrik dalgası gönderir. Cihaz, nöbetleri gösteren anormal beyin aktivitesine yanıt olarak kısa patlamalar sırasında (her gün birkaç dakika olabilen bir şey) her zaman algılama modundadır. 2018 yılında tamamlanan 256 hastayla dokuz yıllık prospektif bir çalışmada, dört hastadan üçünün tedaviye yanıt verdiğini ve nöbetlerde en az % 50 azalma yaşadığını gösterdi.

Medtronic’in yeni cihazı Percept, beyinde sinyal algılamasını epilepsinin ötesinde, hareket ve psikiyatrik bozukluklar gibi daha geniş bir endikasyon yelpazesi taşıyor. Cihaz, aynı anda beyin sinyallerini veya yerel alan potansiyellerini algılarken sürekli olarak (günde 24 saat) uyarılarda bulunabilir. Percept’in ilerlemesinin anahtarı, beynin nispeten narin sinyallerine uyum sağlarken yapay uyarandan gelen gürültüyü filtrelemesidir. Medtronic’te seçkin bir mühendis olan Steven Goetz, “Bu jet motorunun yanında fısıltıları duymak gerçekten zor.” Diyor. Ekibin bu başarısı, cihaza ait yapay sinyali beynin içsel sinyallerinden ayırıp çıkarmasını sağlayan yüksek kaliteli amplifikasyon ve frekansa özgü filtreler kullanmasıyla oldu.

Percept teknolojisi, şirketin hem algılayabilen hem de uyarabilen ve 2013’ten beri insanlarda araştırılan Activa PC+ S ve RC+ S adlı yalnızca araştırma cihazlarından esinlenerek ortaya çıktı. Goetz “Araştırma cihazlarından sinyallerin nasıl ortaya çıkarılacağı hakkında çok şey öğrendik. Algılama, gürültünün filtrelenmesi tüm bunları araştırma cihazlarından esinlendik daha iyi filtreler ve kullanıcı deneyimleri cihazı basitleştirmemizde bizlere yol gösterdi.” Diyor.

DBS tedavisini denetleyen klinisyenler, hastanın beyin sinyallerini hem klinik içinde hem de dışında izleyen bir tablet programcısı edinir. Ancak basitleştirmede şirket, Percept’in beyin aktivitesini daha küçük bir frekans aralığını analiz etme yeteneğini azaltmak zorunda kaldı. Bu, araştırma sürümüyle karşılaştırıldığında cihazın algılayabildiği sınırların, yine de iki önemli frekans türünü içerdiğini görebiliriz: beta ve gama salınımları. Anormal beta salınımları, Parkinson hastalığının en iyi karakterize edilmiş elektrofizyolojik biyobelirtecidir. Beynin subtalamik çekirdeğinde gözlenen yaklaşık 13 ila 30 hertzlik bu frekanslar, Parkinson hastalığının yavaş ve sert hareketlerinin ayırt edici özelliğidir. 60 ila 80 hertz aralığındaki anormal gama frekansları, yüksek dozda Parkinson hastalığı ilaçlarının veya ilaç ve stimülasyon kombinasyonunun bir yan etkisi olan aşırı hareket veya diskineziye eşlik eder.

Ancak ticari yinelemesinde cihaz, diğer şüpheli aktiviteleri, 100 hertz’in üzerindeki yüksek frekanslı salınımları veya faz-genlik eşleşmesi gibi daha karmaşık aktiviteleri, beyindeki hem derin yapılardan hem de motor korteksten gelen sinyalleri eşzamanlı olarak algılayamaz (literatürde beta salınımlarından daha az karakterize edilmelerine rağmen). Calgary’den Kiss, “Percept’ten toplanabilecek sınırlı miktarda bilgi var. Sinir mühendisliği eğitimi almamış bir klinisyen tarafından basitleştirilmesi, makul ve anlaşılır olması zor.” Diyor.

Yine de teknolojinin iç yüzünü kavramak için bilgiler Percept’ten alınabilir. Medtronic, hasta rıza protokollerini ve veri güvenliği önlemlerini kullanarak hasta verilerini bir araya getirmeyi ve araştırmacıların kullanımına sunmayı planlamakta. Bu veriler, araştırmacıların; örneğin hastalık ilerledikçe beta salınımlarını izlemelerine veya hastaların ilaca nasıl yanıt verdiğini kontrol etmelerine olanak sağlayabilir. Percept, ameliyat veya klinik ziyaretleri sırasında veri toplamakla sınırlı kalmak yerine, hastalar normal hayatlarını yaşarken verileri kaydedebilir. George, “Daha önce bir insanın beyninde hiç bu kadar çok kablo olmamıştı. Öyleyse merak ediyoruz; iyi fikirlere sahip bilim insanlarının veri madenciliği yapabilmesi için şirketin tüm bu bilgileri bir araya getirme gibi bir planı var mı?”Diyor.

Goetz, Percept’in donanımın ve yazılımının, biyobelirteçler hakkındaki kolektif bilgiler geliştikçe güncellenebileceğini belirtiyor. Bunun, hastalara yeni cihazlar yerleştirmek zorunda kalmadan daha karmaşık sinyallerin algılanmasını sağlayabileceğini söylüyor.

Sistemi yükseltmeye yönelik verilerin ve bilgilerin bir kısmı, Medtronic’in 2021’in başlarında hastaların kaydolmaya başladığı ve yakında yapılması planlanan ADAPT denemesinden gelebilir. Çalışmanın amacı, Parkinson hastalığı ile ilişkili beyin ritimlerini daha iyi anlamak ve geliştirmek için DBS’yi kullanmak. Bu ritimleri temel alan daha hassas şekilde ayarlanmış stimülasyon sağlamak için geliştirilmiş otomatik bir sistem. Kapalı çevrim sistemine uyarlanabilir bir sistem olarak bilinen böyle bir teknoloji, araştırmacıların ve mühendislerin yıllardır üzerinde çalıştıkları bir şey olan, ne zaman ve nasıl uyarılacağına dair yargılarda bulunmak için algoritmalara ve makine öğrenimine dayanmaktadır.

California San Francisco Üniversitesi’nde nörolojik cerrahi profesörü olan Philip Starr, “Uyarlanabilir, ancak daha geniş çapta veya ticari olarak kullanılmadan önce çok daha fazla araştırma gerektireceğini düşünüyorum. Uyarlanabilir uyarım sistemi, karmaşık ve büyük bir adımdır, ancak sonunda gerçekleşecektir. Percept’in geniş kullanımı bu konuda araştırmacılara yardımcı olabilir.”Diyor.

Percept Haziran ayında almış olduğu FDA onayına ek olarak, Ocak ayında Avrupanın CE şirketinden de sertifikasını aldı ve Mayıs ayında Japonya düzenleyici makam onayını verdi. Oxford Üniversitesi beyin ağı dinamikleri biriminde doçent olan Hayriye Çağnan, “Uyarlanabilir kapalı çevrim sisteminde stimülasyonun önemli boyutlarda zorlukları olmaya hala devam ediyor.  Percept’in yazılımının uyarlanabilir özelliklerle güncellenebilmesi çok önemli. Hiç şüphe yok ki, Parkinson hastalığı olan insanlardan elde edilecek olan bu bilgi zenginliği, araştırmacıların bu elektrofizyolojik bozukluk hakkındaki bakış açılarını değiştirecektir.” Diyor.

Kaynak: nature.com

Okumanızı Öneriyoruz

Kentsel Hava Kirliliği COVID-19’u Daha Ölümcül Yapabilir

Yeni araştırma, hava kirliliğinin Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Koronavirüs salgınına ölümcül bir etkisi olabileceğini açığa çıkarıyor. …