Проучване на мишки: Изследователите измислят неинвазивна форма на дълбока мозъчна стимулация

Изследователи от Масачузетския технологичен институт (MIT), в сътрудничество с Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) и фондацията IT’IS в Швейцария, са разработили неинвазивна форма на дълбока мозъчна стимулация.

Този нов подход може да направи дълбоката мозъчна стимулация по-малко рискована, по-евтина и по-достъпна за пациенти с болестта на Паркинсон и други разстройства. Вместо да изисква операция за имплантиране на електроди в мозъка, този нов метод работи, като прилага електроди върху скалпа.

Досега новият подход е изследван при живи мишки, където е показано, че селективно стимулира дълбоките мозъчни структури, без да влияе върху активността на клетките в горните региони. Констатациите са публикувани в списанието Клетка.

„Традиционната дълбока мозъчна стимулация изисква отваряне на черепа и имплантиране на електрод, което може да има усложнения. На второ място, само малък брой хора могат да правят този вид неврохирургия “, казва старшият автор Ед Бойдън, доцент по биологично инженерство и мозъчни и когнитивни науки в MIT.

Традиционната дълбока мозъчна стимулация се използва успешно при много пациенти с болестта на Паркинсон. Също така се използва за лечение на някои пациенти с обсесивно компулсивно разстройство, епилепсия и депресия и в момента се изследва като лечение на аутизъм. Новият, неинвазивен подход може да улесни адаптирането на дълбоката мозъчна стимулация за лечение на допълнителни разстройства, казват изследователите.

„С възможността да стимулираме неинвазивно мозъчните структури, ние се надяваме, че можем да помогнем да се открият нови цели за лечение на мозъчни разстройства“, казва водещият автор на статията Нир Гросман, бивш постдок на Wellcome Trust-MIT, работещ в MIT и BIDMC, който сега е научен сътрудник в Имперския колеж в Лондон.

Когато се лекува болестта на Паркинсон, електродите обикновено се поставят в субталамичното ядро, структура с форма на леща, разположена под таламуса, дълбоко в мозъка. Доказано е, че електрическите импулси, доставяни в тази област на мозъка, подобряват много симптоми на заболяването, но операцията, необходима за имплантиране на електродите, крие рискове, включително мозъчен кръвоизлив и инфекция.

Други изследователи са се опитали да неинвазивно стимулират мозъка, използвайки техники като транскраниална магнитна стимулация (TMS), която е одобрена от FDA за лечение на депресия. Тъй като TMS е неинвазивен, той се използва и при нормални човешки субекти за изучаване на основната наука за познание, емоции, усещане и движение.

Използването на TMS обаче за стимулиране на дълбоки мозъчни структури може също да доведе до силно стимулиране на повърхностните области, което води до модулация на множество мозъчни мрежи.

Изследователите от MIT са измислили как да доставят електрическа стимулация дълбоко в мозъка, чрез електроди, поставени върху скалпа, като се възползват от феномен, известен като временна намеса.

Тази стратегия изисква генериране на два високочестотни електрически тока с помощта на електроди, поставени извън мозъка. Тези полета са твърде бързи, за да управляват невроните. Тези токове обаче си пречат помежду си по такъв начин, че където се пресичат, дълбоко в мозъка, вътре в невроните се генерира малка област с нискочестотен ток. Този нискочестотен ток може да се използва за задвижване на електрическата активност на невроните, докато високочестотният ток преминава през околната тъкан без ефект.

Чрез настройка на честотата на тези токове и промяна на броя и местоположението на електродите, изследователите могат да контролират размера и местоположението на мозъчната тъкан, която получава нискочестотната стимулация. Те могат да се насочват към места дълбоко в мозъка, без да засягат някоя от околните мозъчни структури. Те могат също да направляват мястото на стимулация, без да движат електродите, като променят токовете. По този начин могат да бъдат стимулирани дълбоки цели, както за терапевтична употреба, така и за основни научни изследвания.

„Можете да се насочите към дълбоки цели и да пощадите прилежащите неврони, въпреки че пространствената разделителна способност все още не е толкова добра, колкото тази на дълбоката мозъчна стимулация“, казва Бойдън, който е член на медийната лаборатория на MIT и Института за изследване на мозъка Макгавърн.

Ли-Хуей Цай, директор на Института за обучение и памет Picower на MIT, и изследователи в нейната лаборатория са тествали тази техника при мишки и са открили, че могат да стимулират малки региони дълбоко в мозъка, включително хипокампуса. Те също така успяха да изместят мястото на стимулация, като им позволиха да активират различни части на моторната кора и да подтикнат мишките да движат крайниците, ушите или мустаците си.

„Показахме, че можем много точно да насочим мозъчен регион, за да предизвика не само невронална активация, но и поведенчески реакции“, казва Цай. „Мисля, че е много вълнуващо, защото болестта на Паркинсон и други двигателни разстройства изглежда произхождат от много специфичен регион на мозъка и ако можете да го насочите, имате потенциал да го обърнете.“

Показателно е, че новият подход не активира невроните в кората, областта, лежаща между електродите на черепа и целта дълбоко в мозъка. Изследователите също така не откриват вредни ефекти в никоя част от мозъка.

Източник: Масачузетски технологичен институт