Сканирането на мозъка показва ефектите от терапевтичната стимулация на мозъка

Удивителните нови изследвания предоставят на клиницистите визуални доказателства за мозъчните мрежи и как електрическата стимулация на мозъка помага за нулиране или стимулиране на специфични мозъчни региони.

Добре установено е, че стимулирането на мозъка чрез електричество или други средства може да помогне за облекчаване на симптомите на различни неврологични и психиатрични разстройства. Клиничните практики често използват подхода за лечение на състояния, вариращи от епилепсия до депресия.

Но какво всъщност се случва, когато лекарите забият мозъка?

Малко се знае какво прави тази техника ефективна или кои области на мозъка трябва да бъдат насочени за лечение на различни заболявания.

Ново проучване, ръководено от Университета в Пенсилвания и Университета в Бъфало, бележи крачка напред в запълването на тези пропуски в знанията. Изследването описва как стимулацията на отделен регион на мозъка влияе върху активирането на други региони и широкомащабната дейност в мозъка.

„Нямаме добро разбиране за ефектите от мозъчната стимулация“, казва първият автор Сара Малдун, доктор по медицина, асистент по математика в университета в Бъфало

„Когато клиницистът има пациент с определено разстройство, как може да реши кои части на мозъка да стимулира? Нашето проучване е стъпка към по-доброто разбиране как мозъчната свързаност може да информира по-добре тези решения. "

„Ако погледнете архитектурата на мозъка, изглежда, че това е мрежа от взаимосвързани региони, които взаимодействат помежду си по сложни начини. Въпросът, който зададохме в това проучване, беше колко от мозъка се активира чрез стимулиране на един регион.

„Открихме, че някои региони имат способността да насочват мозъка в различни състояния много лесно, когато се стимулират, докато други региони имат по-малък ефект“, казва д-р Даниел С. Басет, доцент по биоинженерство в Училището по инженерство и приложни науки в университета в Пенсилвания.

Изследването е проведено в сътрудничество с когнитивния невролог, д-р Жан М. Фетел, от армейската изследователска лаборатория; контролира теоретик Фабио Паскуалети от Калифорнийския университет, Ривърсайд; Скот Т. Графтън, доктор по медицина, и Матю Сислак от Калифорнийския университет, Санта Барбара; и Ши Гу от катедрата по психиатрия на университета в Пенсилвания.

Изследването, публикувано в PLOS Изчислителна биология, използва изчислителен модел за симулиране на мозъчна активност при осем индивида, чиято мозъчна архитектура е картографирана, използвайки данни, получени от изображения на дифузионния спектър. Тази техника на изобразяване създава тип мозъчно изображение, направено от ЯМР скенер.

Изследователите изследваха въздействието на стимулирането на всеки от 83 региона в мозъка на всеки субект. Докато резултатите варираха в зависимост от човека, се появиха общи тенденции.

Мрежовите хъбове - области на мозъка, които са силно свързани с други части на мозъка чрез бялото вещество на мозъка - показват това, което изследователите наричат ​​„високо функционален ефект“. Те откриха, че стимулирането на тези региони води до глобално активиране на много мозъчни региони.

Този ефект е особено забележим в две подмрежи на мозъка, за които е известно, че съдържат множество регионални центрове.

Областите включват подкорковата мрежа (която се състои от региони, които са се развили сравнително рано и са критични за обработката на емоции) и мрежата по подразбиране (която се състои от региони, които са се развили по-късно и са критични за самореферентната обработка, когато човек е в покой или неизпълнение на някаква задача).

Стимулиращите региони в подкорковата мрежа кулминираха в глобални промени, при които разнообразие от области в мозъка на субекта светна.

Стимулирането на региони в мрежата по подразбиране също доведе лесно до множество нови състояния на мозъка, макар че моделите на активиране бяха ограничени от основната архитектура на мозъка - от връзките на бялото вещество между възлите на мрежата и други части на мозъка.

Въпреки това ограничение, ловкостта на мрежата подкрепя идеята, че мозъкът в покой е подходящ за бързо преминаване в редица нови състояния, насочени към изпълнение на конкретни задачи.

За разлика от регионите в мрежата по подразбиране и подкорковите мрежи, по-слабо свързаните области, като например в сензорната и асоциативната кора, имат по-ограничен ефект върху мозъчната активност, когато се активират.

Тези модели предполагат, че лекарите биха могли да провеждат два класа терапии, когато става въпрос за мозъчна стимулация: „широко нулиране“, което променя глобалната мозъчна динамика, или по-целенасочен подход, който се фокусира върху динамиката на само няколко региона.

Изследването потвърждава констатациите от минали изследвания на Басет и други относно контролируемостта на структурните мрежи на мозъка. За разлика от миналата работа, която използва линейно моделиране, за да се получат резултати, новото проучване използва нелинейни модели, които отразяват по-точно сложната дейност на мозъка, каза Мълдун.

Източник: Университет в Бъфало