Миллионы людей по всему миру страдают хронической болью – изнурительным состоянием, снижающим качество жизни и требующим постоянного приема анальгетиков. Альтернативным методом лечения являются имплантируемые электростимуляторы, которые стимулируют спинной мозг и блокируют болевые импульсы, поступающие в головной мозг. Однако существующие устройства требуют хирургического вмешательства, замены батареек и имеют высокую стоимость. Группа ученых из Калифорнийского университета разработала революционный беспроводной имплантируемый ультразвуковой стимулятор (UIWI), который закрепляется на позвоночнике и предназначен для адаптивного лечения хронической боли.
Устройство, которое предлагает новый шаг в лечении хронической боли, было презентовано в журнале Nature Electronics. В отличие от существующих стимуляторов спинного мозга, громоздких и требующих подключения к аккумуляторам, новое разработанное устройство может изгибаться и скручиваться при движении и получает энергию от носимого ультразвукового передатчика. Устройство работает с использованием алгоритмов машинного обучения, что позволяет персонализировать лечение. Основной инновацией устройства является беспроводное питание, которое устраняет зависимость от громоздких батарей и повторных операций. Стимулятор UIWI питается от внешнего носимого ультразвукового передатчика (WUT). Сердцем стимулятора является миниатюрный пьезоэлектрический элемент, который позволяет проводить стимуляцию с помощью преобразование звуковых волн в электрические сигналы. Система анализирует электрическую активность мозга (ЭЭГ) и определяет паттерны уровня боли. Интенсивность боли оценивается с использованием сложной модели ИИ (нейронной сети ResNet-18), которая проводит анализ сигналов мозга и выделяет три уровня боли: слабая, умеренная и сильная. Точность модели ИИ в определении уровня боли достигает 94,8%. После получения данных об уровне боли ультразвуковой передатчик в автоматическом режиме проводит регулировку передаваемой акустической энергии. Стимулятор UIWI преобразует полученную от передатчика энергию в электрические импульсы, которые стимулируют спинной мозг. Таким образом, создается замкнутая система обеспечивающая возможность персонализированного управления болью. Учитывая гибкость имплантата, он оптимально размещается на спинном мозге. Устройство было успешно тестировано на животных и было показано, что оно позволяет эффективно снять хроническую нейропатическую боль. Интеграция имплантата с алгоритмами ИИ позволит в будущем использовать такие устройства в клинической практике.
