Мы продолжаем рассказывать о самых прорывных новостях из мира нейронаук, появившихся в 2019 году. Мы уже рассказали о том, что мы узнали в 2019 году, а теперь представим топ-13 технологий, которые позволили (или позволят) наукам о мозге и клинической практике шагнуть далеко вперед. Улучшение диагностики, новые возможности инвазивных нейроинтерфейсов, лечение неизлечимых или с трудом излечимых заболеваний – что получилось сделать за прошлый год?
Останавливать болезнь Альцгеймера электромагнитными волнами
Подобный тезис звучит фантастически, особенно учитывая, что до сих пор эффективных средств лечения недуга не найдено. Тем не менее результаты работы, которую провела американская исследовательская организация NeuroEM Therapeutics, говорят сами за себя. Конечно, выборка, на которой проверялось действие прибора MemorEM, была небольшая, но даже на ней удалось продемонстрировать – метод работает.
За два месяца стимуляции мозга электромагнитными волнами на частоте 918 МГц результаты когнитивных тестов испытуемых улучшились более чем на четыре пункта. Примерно на столько они падают за год по мере развития заболевания. Причем, эти изменения проявились и на ПЭТ в виде усиления активности в определенных областях коры мозга, и на МРТ – усилилась функциональная связность в поясной извилине. Теперь осталось дождаться результатов на большей группе людей, а потом (если все пойдет хорошо) – выхода прибора в клинику.
Изобрести самое дорогое в мире лекарство от спинальной мышечной атрофии
У маленьких пациентов, которые уже на первом году жизни начинают страдать от серьезного генетического недуга – спинальной мышечной атрофии (СМА), появилась надежда. Компания Novartis создала комплекс генной терапии, который борется с вызывающими болезнь мутациями в генах, кодирующих белки SMN1 и SMN2. Нарушение в их структуре приводит к гибели мотонейронов передних рогов спинного мозга. Форма заболевания, возникающая в младенческом возрасте (СМА I типа) – самая тяжелая, и без поддерживающей пожизненной терапии дети погибают очень рано.
Лекарство Золгенсма (Onasemnogene abeparvovec) будет применяться при случаях проксимальной СМА I типа (болезнь Верднига-Гоффмана) для детей до двух лет. Правда, есть один недостаток – процедура стоит 2,1 миллиона долларов США. Тем не менее, по словам представителей фармацевтической компании, это дешевле, чем поддержание жизнеспособности больного ребенка в течение длительного времени.
Лечить острые приступы мигрени
Примерно двадцатая часть населения планеты прекрасно знает, каково это – иметь мигрень, и как болит голова, если не успеть принять профилактическую дозу лекарства до приступа. Мигрень – это не просто головная боль, а совершенно обособленное заболевание, имеющее определенные патофизиологические механизмы и генетическую природу. Увы, вылечивать ее пока не научились, но и приступы купировать не всегда получается, а если получается, то сопровождается все выраженными побочными эффектами, которые имеет основной класс предназначенных для этого лекарств – триптаны.
Новый препарат от компании Eli Lilly ласмидитан относится к другому типу антимигренозных препаратов – дитанам. Их основная мишень – 5-HT1 рецепторы серотонина F подтипа. Это увеличивает эффективность лекарства и снижает выраженность побочных эффектов. Посмотрим, насколько он приживется в клинической практике.
Вживлять в мозг 3072 электродов
В области интерфейсов мозг-компьютер в 2019 году удалось добиться интересных, даже в какой-то мере прорывных результатов. Ну и, конечно, одной из самых громких новостей здесь стало выступление Илона Маска, в котором он представил свое «нейрокружево». Разговоры о нем шли уже несколько лет, и многие помнят вызвавшее улыбку специалистов обещание Маска уже в течение восьми лет ввести подобную вещь в обиход здоровых людей. Да, планы остаются амбициозными, но теперь они уже гораздо ближе к реальности.
Маек продемонстрировал технологию Neuralink – массив из 3072 электродов, объединенных в 96 мягких нитей, и нейрохирургического робота, который может вводить в мозг шесть нитей (192 электрода) в минуту. Речи об использовании на людях пока нет – эксперименты проводятся лишь на крысах. Однако, по словам Маска, начать работать с парализованными пациентами, на которых, собственно, и рассчитана технология, исследователи планируют уже в этом году.
Управлять «силой мысли» двумя протезами одновременно
Технологии нейроинтерфейсов продолжают развиваться, и теперь исследователи из Университета Джонса Хопкинса смогли «подключить» к человеческому мозгу одновременно два протеза руки. Причем, протезами не просто можно было управлять – они давали и обратную информацию от прикосновений. Подобные совершенно фантастические результаты стали возможны благодаря программе «революционного протезирования» (Revolutionizing Prosthetics — RP), стартовавшей в DARPA в 2006 году.
Первого пациента, с которым сейчас идут эксперименты, зовут Баз Хмелевский. В его голову имплантированы сразу два сенсо-моторных комплекса (в зонах сенсорной стимуляции – по 96 электродов). И нужно сказать, что он научился ими управлять уже весьма недурно. В общем, продолжаем наблюдения.
Создавать искусственное осязание
Есть результаты и у наших ученых. Совместно с командой из Университета Дьюка исследователи Высшей школы экономики смогли научить обезьян искусственному осязанию. Точнее как научить – они вживили в их мозг электроды, которые стимулировали участки соматосенсорной коры и давали животному тактильное ощущение.
Эта технология, которая пришла в Россию благодаря сотрудничеству Михаила Лебедева (Университет Дьюка и ВШЭ) и Алексея Осадчего (ВШЭ), откроет дорогу к созданию отечественного «двойного» инвазивного нейроинтерфейса, который не только можно будет двигать «силой мысли», но и ощущать то, к чему он прикасается.
Различать синапсы по белкам
«Сила – в связях. В нейронных связях», – гласит современная народная мудрость, и чем больше мы узнаем о мозге, тем более в этом убеждаемся. В синапсах – межнейронных контактах – «обитает» около сотни различных белков, но только единицы можно изучать в экспериментах на живых клетках одновременно, что сильно ограничивает возможности нейробиологов.
Наконец-то исследователям из MIT удалось немного сузить эти ограничения. Они разработали новую технику визуализации синапсов на основе существующего метода под названием DNA PAINT. В ходе него ученые специальным образом маркируют белки или другие представляющие интерес молекулы и визуализируют их при помощи РНК с флуоресцентной меткой. С помощью техники, названной PRISM (Probe-based Imaging for Sequential Multiplexing), исследователям удалось промаркировать и отобразить одновременно 12 различных синаптических белков.
Поддерживать живой мозг в отделенной от тела голове
Наверняка сейчас многие вспомнят знаменитый роман Александра Беляева и будут одновременно правы и неправы. Ученым из Йельского университета действительно удалось создать технологию, которая может поддерживать мозг, отделенный от тела, в жизнеспособном состоянии, как минимум, в течение шести часов. Но вот характерную для живого мозга спонтанную электрическую активность при этом зарегистрировать, увы, не получилось (впрочем, и не планировалось). Руководитель эксперимента Ненад Сестан был включен Nature в число 10 людей оказавших наибольшее влияние на науку в 2019 году, наряду с Гретой Тунберг.
Ученые разработали систему BrainEx (BEx), которая обеспечивает адекватную перфузию (наполнение тканей кровью или кровезамещающими жидкостями) головного мозга, похожую на физиологичное кровоснабжение. В ней циркулирует специальная жидкость – смесь питательных веществ, гемоглобина и целого коктейля фармакологических веществ. Аппарат способен поддерживать кровенаполнение мозга в широком диапазоне. Пока, конечно, о поддержании интегративных функций мозга при помощи него речи не идет, но, быть может, в будущем это получится.
Проводить ПЭТ за 20 секунд
Мы не можем не рассказать об истории с позитронно-эмиссионной томографией всего тела, за которой следим с 2017 года и которая всего два года спустя получила разумное продолжение – регистрацию FDA на допуск с клинической работе.
Сканирование на новом позитронно-эмиссионном томографе EXPLORER компании United Imaging длится гораздо быстрее, чем на обычном ПЭТ – десятки секунд вместо 20 минут, а требуемая доза облучения, необходимая для создания изображения, в 40 раз меньше. Этого позволяет добиться двухметровая по длине система детекторов, составленная из восьми стандартных «колец». В летом и осенью 2019 года томографы установили в двух американских и более чем в десяти китайских медицинских центрах, а через процедуру прошли уже сотни пациентов.
Увеличивать временное разрешение фМРТ
Главная проблема одного из главных инструментов нейробиологов, занимающихся изучением когнитивной сферы – низкое временное разрешение, которое не позволяет регистрировать в мозге молниеносные изменения нейронной активности. А это иногда бывает критически важно.
Исследователи из США, Германии, Франции, Швейцарии и Норвегии предложили использовать иной подход в магнитно-резонансной томографии – магнитно-резонансную эластографию. Ее суть в том, что во время прохождения нервного имульса меняется плотность нервной ткани – нейроны во время прохождения по ним потенциала действия как будто «разбухают». И при помощи функциональной МРЭ это удается зарегистрировать, причем, даже при тех кратких по времени событиях, которые не «замечает» обычная фМРТ.
Снимать сигналы мозга с помощью переносной МЭГ
Еще один прекрасный способ визуализации живого мозга – магнитоэнцефалография – стал портативным. Ученые вместо сложных и громоздких систем предложили использовать магнитометры с оптической накачкой (OPM-MEG-система). Они не требуют сверхпроводимости и позволяют сконструировать носимый МЭГ-шлем, который не ограничивает движений. Шлем же при этом можно использовать любой – даже велосипедный.
Подобное усовершенствование поможет еще лучше погружаться в разгадки тайн работающего мозга, поскольку ни один из существующих функциональных методик, кроме ЭЭГ (а она не дает нужного пространственного разрешения), свободы движения обеспечить не может.
Измерять течение ликвора в спящем мозге
Радиологи при помощи магнитно-резонансной томографии впервые смогли посмотреть, как соотносятся между собой активность коры мозга, пульсация крови и ток ликвора в спящем мозге. Они сильно удивились, узнав, насколько эти процессы синхронизированы.
Оказалось, что в момент, когда ток ликвора идет по направлению к мозгу, то есть вверх, кровь, наоборот, внутримозговые сосуды покидает (направляется вниз), и все это происходит очень слаженно с медленноволновой нейронной активностью, характерной для медленной фазы сна. Теперь предстоит изучить, как это все изменяется с возрастом, при различных патологических состояниях, и, возможно, позволит найти новые подходы к терапии мозговых недугов.
Проводить МРТ в любом помещении
И еще одно достижение последнего года в «портативности». Впервые удалось создать передвижной МРТ, который поможет уточнить состояние тяжело больных или реанимационных пациентов прямо в палатах, не транспортируя их в отделение лучевой диагностики и не подвергая дополнительным рискам. Либо обеспечить улучшение диагностики в труднодоступных и малонаселенных местах мира.
Исследования, которые могут проводиться на этом сканере, получаются на два порядка дешевле, чем стандартная МРТ. Но, конечно, по мощности аппарат значительно уступает обычному МРТ. Тем не менее он позволяет проводить все стандартные режимы и даже получать тонкосрезовые 3D-изображения. Качество изображений при этом улучшается за счет разрабатываемого в компании специального программного обеспечения на основе алгоритмов глубокого обучения для реконструкции изображений.
Бонус – вне топа
Мы также посчитали важным выделить еще две новости, которые не вошли не в одну из частей по тематике, но не менее интересны с точки зрения нейронаук.
Во-первых, в 2019 году лаборатория Мигеля Николелиса, пионера инвазивных нейроинтерфейсов из Университета Дьюка, выпустила двухтомник статей по интерфейсам мозг-компьютер, написанных в лаборатории за последние тридцать лет. И каждый из них можно скачать совершенно бесплатно.
Ну и как же обойтись без котиков! Тем более теперь мы знаем, что они реагируют на свои клички по-особенному. Оказалось, что коты всегда отвечают на свое имя какой-то реакцией, отличающейся от реакции на любые другие слова.
Подготовила Анна Хоружая
