211service.com
Återväxt av den skadade hjärnan
Under de senaste åren har forskare upptäckt att hjärnan har en anmärkningsvärd förmåga till självreparation. I hopp om att dra nytta av denna förmåga har forskare utvecklat en teknik för att leverera elektrisk stimulering direkt till hjärnvävnaden. Behandlingen, som nu testas i stora kliniska prövningar, kan öka hjärnans reparationsmekanismer och förbättra återhämtningen efter stroke.
En platt, 1x1 elektrod placerad över hjärnans yttre membran stimulerar den kortikala vävnaden nedanför utan att bäraren känner en känsla. Enheten kan hjälpa patienter att återhämta sig motorisk funktion efter en stroke. (Med tillstånd av Northstar Neuroscience.)
Studier på både försöksdjur och människor har visat att efter stroke börjar nervceller nära den skadade vävnaden att omorganisera sig i ett försök att kompensera för de skadade områdena. Men denna läkande förmåga kan drabbas eller missas – vissa patienter återfår förmågan att gå eller prata medan andra lämnas permanent invalidiserade.
[Klicka här för illustrationer av hjärnans områden och enhetens funktioner.]
I många fall kan patienter stimulera återhämtning genom praktik. Någon som har tappat funktionen i sin vänstra hand, till exempel, skulle kunna träna olika rörelser med den handen för att förstärka hjärnans medfödda reparationsmekanismer. Men i de flesta fall räcker inte den neuroplasticiteten långt, säger Alan Levy, VD för Northstar neurovetenskap , ett medicintekniskt företag baserat i Seattle, WA.
Så Levy och medarbetare designade ett sätt att stimulera specifika delar av cortex för att försöka förbättra hjärnans naturliga neuroplasticitet ytterligare. Tekniken har visat lovande i preliminära studier på människa - forskare fann att patienter som fick både rehabiliteringsterapi och stimulering förbättrades med 15 till 30 procent på standardtester av hand- och armfunktion; medan kontroller, som endast genomgick sjukgymnastik, förbättrades med bara 0 till 12 procent. Northstar sponsrar nu en större klinisk prövning vid 18 rehabiliteringscenter över hela USA.
Experter varnar för att det är för tidigt att säga hur effektiv eller brett användbar tekniken kommer att vara. Vi måste se studier i större grupper för att veta om det är effektivt, säger Douglas Katz , en neurolog vid Boston University Medical School, och under vilka omständigheter det är effektivt, som platsen för stroke, tiden efter stroke [som behandlingen används] och hur mycket stimulering som krävs. Tillägger Katz: Men jag tycker att dessa tekniker visar mycket lovande.
Fördelarna kan också bero på hur allvarlig stroke är. Det är möjligt att denna terapi endast kommer att vara effektiv hos patienter med relativt lindriga funktionsnedsättningar, säger Randolph Nudo, chef för Landon Center on Aging vid University of Kansas Medical Center i Kansas City, som studerar effekterna av Northstar-teknologin i djurmodeller av stroke. Människor som har haft en svårare stroke, och därför har färre neuroner kvar för att kompensera för det skadade området, kanske inte kan dra nytta av stimulering.
Nudo och kollegor genomför omfattande djurstudier för att fastställa de mest effektiva parametrarna för behandling av kortikal stimulering, samt om avlägsna områden i hjärnan kan rekryteras för att hjälpa personer med svårare stroke.
I den kortikala stimuleringsproceduren kartlägger läkarna först omfattningen av skadan med hjälp av hjärnavbildning. Rörelse av handen, till exempel, styrs av en specifik del av den motoriska cortex, ett lager av hjärnan som styr rörelsen. Läkare använder funktionell magnetresonanstomografi, som mäter blodflödet i olika delar av hjärnan, för att lokalisera den del av cortex som är skadad, samt de närliggande områden som försöker ta över kontrollen över den skadade handen. En neurokirurg borrar sedan ett litet hål i skallen över detta område och placerar en platt elektrod ovanpå dura, ett segt membran som täcker hjärnan, för att stimulera den kortikala regionen nedanför.
Stimulatorn drivs via en pacemakerliknande enhet implanterad i bröstet och ansluten till elektroden med en sladd gängad under huden. En läkare eller sjukgymnast kan sätta på och stänga av stimulatorn med en trådlös handkontroll. Stimulatorn slås endast på när patienter gör rehabiliteringsövningar; patienter i Northstars kliniska prövning kommer att genomgå ett intensivt sexveckors sjukgymnastikprogram.
Forskare vet ännu inte exakt hur den elektriska stimuleringen fungerar, men forskning i djurmodeller ger några ledtrådar. Vi tror att vi förändrar nervcellers excitabilitet inom det besparade vävnadsområdet, säger Nudo.
Neuroner kommunicerar genom att skicka elektriska meddelanden till varandra. När en person rör sin hand för att ta upp en kopp, till exempel, avfyras nervcellerna i den motoriska cortexen för att tala om för armmusklerna att röra sig. Om neuroner i ett återhämtande hjärnområde stimuleras elektriskt samtidigt som en patient försöker flytta koppen, kan det bli lättare för dessa neuroner att avfyra. Forskare har en teori om att med upprepad träning och elektrisk stimulering utvecklar dessa neuroner nya neurala förbindelser som stärker patientens förmåga att ta upp koppen, vilket leder till en bestående förändring i motorisk förmåga.
Faktum är att experter säger att det är kombinationen av stimulering och terapi som är nyckeln till denna behandling. Tekniken förbättrar effektiviteten av patientens egen frivilliga rörelse, säger Carolee J. Winstein , en biokinesiolog och fysioterapeut vid University of Southern California i Los Angeles. Kombinationen av tekniker verkar vara mer effektiv än någon teknik i sig, säger hon. Winstein kör en del av det pågående Northstar-försöket.
Northstars kortikala stimulator är inte den enda behandlingen i utveckling för att öka neuroplasticiteten efter stroke. Vissa neuroforskare studerar transkraniell magnetisk stimulering, en icke-invasiv metod för att stimulera specifika hjärnområden. Andra utvecklar läkemedel som ökar neuroplasticiteten. Men Nudo säger att direkt elektrisk stimulering kan ha vissa fördelar. Vi kan styra platsen för stimuleringen bättre, liksom andra parametrar, som frekvens, säger han. Du har inte den kontrollen med en drog.
Northstar hoppas så småningom kunna utveckla teknologin för ett brett spektrum av störningar, inklusive hjärnskador, hörsel- och smärtstörningar, rörelsestörningar och neuropsykiatriska störningar. Företaget sponsrar för närvarande kliniska prövningar av afasi (talförlust), tinnitus (ringningar i öronen) och hemipares (svaghet på ena sidan av kroppen.)
Chris Ware, en före detta polis, fick en stroke för nio år sedan som gjorde honom delvis förlamad i höger sida. Han lärde sig att gå och prata igen efter stroken men var fortfarande allvarligt nedsatt. Efter att ha deltagit i en klinisk prövning av Northstar-teknologin 2004, säger han att han kunde göra mycket mer på egen hand, som att knyta skorna och köra bil.
Konceptet med neural plasticitet har blåst nytt liv i potential för mer återhämtning efter hjärnskada, säger Winstein. Jag tror att vi kommer att se utvecklingen av många nya teknologier och behandlingar som försöker utnyttja denna naturliga förmåga. Det är en mycket spännande tid i rehab.