Современная электроника №3/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 9 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 3 / 2024 но больших пиковых мощностей до 3 МВт , а это означает , что пока они одо - брены только для использования в ста - ционаре . В результате TM С недоступ - на для пациентов , живущих удалённо . Во - вторых , от сеанса к сеансу таргетинг может быть разным , поскольку стиму - лятор необходимо настраивать каждый раз перед процедурой с конкретным пациентом . Да , существуют условно альтернативные неинвазивные спосо - бы стимуляции мозга , как транскрани - альная стимуляция постоянным током (TDCS) и транскраниальная стимуля - ция переменным током (TACS). Одна - ко технологию стимуляции нервной системы в домашних условиях широко не использовали , потому что электри - ческое поле , создаваемое неинвазив - ным электростимулятором , не могло достигать напряжённости поля , необ - ходимого для непосредственного воз - действия [6]. При этом задача стояла активировать область мозга , не активи - руя при этом нервы в волосистой части головы , которые вызывают болезнен - ные побочные эффекты . В сравнении со всеми названными методами и тех - нологиями имплантируемые стиму - ляторы могут обеспечивать точную электрическую стимуляцию , которая непрерывно активирует мозг , но и эти имплантаты требовали сложной хирургической процедуры – и это так - же являлось ограничением для боль - шого числа пациентов . По технологии беспроводной передачи энергии (WPT) создан кортикальный стимулятор моз - га с достаточной энергией и устойчиво - стью ( надёжностью работы ) как аналог TM С . Минимально инвазивные проце - дуры не предполагают контакта с моз - гом или перфорации защитной твёр - дой мозговой оболочки , а концепция терапии « кортикальной стимуляции с внешним питанием » (XCS) оказалась ещё более эффективной , чем TM С , и такой же точной и удобной , как тра - диционные имплантируемые стимуля - торы со встроенными и перезаряжае - мыми элементами питания . Электронный стимулятор состоит из имплантируемого генератора импуль - сов (IPG), работающего на встроен - ных элементах питания – батарейках и подключаемого проводами к участ - ку стимуляции . К примеру , когда IPG имплантируются в грудную клетку , электрические провода проходят вбли - зи головы и шеи , а частые движения приводят к смещению имплантата и в целом его малой эффективности . В альтернативе уместно имплантиро - вать IPG в черепную коробку , но это невозможно без трепанации черепа пациента . Тем не менее и такие элек - тронные приборы – условные анахро - низмы эпохи – с разной результатив - ностью , но используются для лечения аффективных расстройств настрое - ния , доказывая , что долговременный эффект облегчения психических рас - стройств возможен при прямой элек - трической стимуляции с помощью имплантатов . Электроды , разме - щённые над дорсолатеральной пре - фронтальной корой (DLPFC) – участ - ка , « одобренного » для воздействия устройствами медицинской электро - ники FDA для ТМС - терапии , в иссле - довании показали антидепрессивный эффект у 3 из 5 пациентов [6]. Глубо - кая стимуляция мозга (DBS) несколь - ких участков внутри коры головного мозга также дала результат и антиде - прессивные эффекты с облегчением от ОКР . Нейромодуляция может быть достигнута без IPG: с помощью под - кожных проводников , подключающих - ся к внешнему стимулятору ; однако возможная ( нестерильная ) инфекция от внешних устройств и применение условно тонких электрических прово - дников накладывают ограничения на образ жизни ( комфортное состояние ) пациента в процессе медицинского воздействия и типично не использу - ются для длительной терапии нейро - модуляцией . Несмотря на растущую популярность беспроводных технологий в устрой - ствах стимуляции без использования внутренних источников питания , кли - нические системы нейромодуляции до 2023 года применялись только в пери - ферической нервной системе , не имея компактного миниатюрного форм - фактора , чтобы их можно было быстро , гигиенично и безопасно « встроить » в черепную коробку . Доклинические исследования на грызунах показали результативность стимуляции коры головного мозга , но показали и другое : амплитуда импульсного воздействия слишком мала , чтобы стимулировать человеческий мозг воздействием через условно твёрдую мозговую оболочку . Единственный известный в научных кругах эпидуральный кортикальный стимулятор без батареек был применён на кошке , но её приходилось обездви - живать ( что вызывало дополнительные стрессовые факторы у животного , при - том что наркоз в таком воздействии не имел смысла ). И движение животного , смещение стимулятора всего на 3 мм существенно затрудняли достижение эффективного результата терапии как в условиях операционной , так и дома . Основной проблемой при создании DOT является обеспечение достаточ - ной мощности для стимуляции моз - га из эпидурального пространства . Источник питания или батарея явля - ется самым объёмным компонентом имплантируемого нейронного сти - мулятора . А в рассматриваемом DOT- устройстве применена технология , позволяющая безопасно подавать беспроводным способом достаточ - ное электропитание с напряжением 10–15 В , необходимым для эпидураль - ной стимуляции мозга при импедансе примерно 1 кОм . Это значение сопо - ставимо с условиями результативной стимуляции спинного мозга , но при - мерно в 5 раз превышает амплитуду стимуляции , необходимую для стиму - ляции блуждающего нерва (VNS), и в 3 раза превышает амплитуду стимуля - ции , необходимую для глубокой стиму - ляции головного мозга (DBS) [5]. Промежуточные результаты Недавняя разработка магнитоэлек - трического беспроводного источника питания теперь позволяет достичь тре - буемого уровня стимуляции с импульс - ным модулированным напряжением 14,5 В в имплантатах миллиметрового размера , не требующих использования батареек . Авторы исследования также утверждают , что получили мощность WPT до 56 мВт с использованием маг - нитоэлектрических плёнок с напряже - нием до 10 В DC. Чтобы эффективно использовать эту энергию и обеспе - чить соответствие напряжению 14,5 В на электродах с импедансом 1 кОм , внедрили схему стимуляции , пред - ставленную на рис . 3. Здесь представ - лена интраоперационная демонстра - ция эпидуральной стимуляции коры головного мозга с помощью миниатюр - ного эпидурально - кортикального сти - мулятора - имплантата без встроенных элементов питания . В качестве модулей присутству - ет адаптер - стабилизатор питания , микроконтроллер с крайне малым энергопотреблением , мультиплек - сор и усилитель линии связи , а так - же повышающий преобразователь с выходным напряжением 15 В DC. В специальный стеклянный корпус поместили электроды ( один – стиму -