Pelės tyrimas: tyrėjai sugalvoja neinvazinę gilių smegenų stimuliacijos formą

Masačusetso technologijos instituto (MIT) mokslininkai, bendradarbiaudami su Beth Israel Deaconess medicinos centru (BIDMC) ir IT’IS fondu Šveicarijoje, sukūrė neinvazinę gilios smegenų stimuliacijos formą.

Šis naujas požiūris galėtų padaryti gilų smegenų stimuliavimą mažiau rizikingą, pigesnį ir labiau prieinamą pacientams, sergantiems Parkinsono liga ir kitais sutrikimais. Užuot reikalaujantis operacijos implantuoti elektrodus smegenų viduje, šis naujas metodas veikia elektrodus tepant ant galvos odos.

Iki šiol naujas požiūris buvo tiriamas su gyvomis pelėmis, kur buvo įrodyta, kad jis selektyviai stimuliuoja gilias smegenų struktūras, neturėdamas įtakos ląstelių aktyvumui viršutiniuose regionuose. Rezultatai paskelbti žurnale Langelis.

„Tradicinei giliai smegenų stimuliacijai reikia atidaryti kaukolę ir implantuoti elektrodą, kuris gali sukelti komplikacijų. Antra, tik nedaugelis žmonių gali atlikti tokią neurochirurgiją “, - sako vyresnysis autorius Edas Boydenas, biologijos inžinerijos, smegenų ir kognityvinių mokslų daktaras iš MIT.

Tradicinė giluminė smegenų stimuliacija buvo sėkmingai naudojama daugeliui pacientų, sergančių Parkinsono liga. Jis taip pat buvo naudojamas kai kuriems pacientams, sergantiems obsesiniu kompulsiniu sutrikimu, epilepsija ir depresija, ir šiuo metu yra tiriamas kaip autizmo gydymas. Naujas, neinvazinis požiūris galėtų padėti lengviau pritaikyti gilų smegenų stimuliavimą gydant papildomus sutrikimus, teigia mokslininkai.

„Turėdami galimybę neinvaziškai stimuliuoti smegenų struktūras, mes tikimės, kad galime padėti atrasti naujus smegenų sutrikimų gydymo tikslus“, - sako tyrimo pagrindinis autorius Niras Grossmanas, buvęs „Wellcome Trust-MIT“ postdocas, dirbantis MIT ir BIDMC. dabar yra Londono Imperatoriškojo koledžo mokslinis bendradarbis.

Gydant Parkinsono ligą, elektrodai paprastai dedami į subtalamo branduolį, lęšio formos struktūrą, esančią žemiau talamo, giliai smegenyse. Įrodyta, kad elektriniai impulsai, patekę į šį smegenų regioną, pagerina daugelį ligos simptomų, tačiau chirurgija, reikalinga elektrodams implantuoti, kelia riziką, įskaitant smegenų kraujavimą ir infekciją.

Kiti tyrėjai bandė neinvaziškai stimuliuoti smegenis, naudodami tokias technologijas kaip transkranijinė magnetinė stimuliacija (TMS), kuri yra FDA patvirtinta depresijai gydyti. Kadangi TMS yra neinvazinis, jis taip pat buvo naudojamas įprastiems žmonėms tiriant pagrindinį pažinimo, emocijų, pojūčių ir judėjimo mokslą.

Tačiau naudojant TMS gilių smegenų struktūrų stimuliavimui taip pat gali būti stipriai stimuliuojami paviršiaus regionai, dėl to gali būti moduliuojami keli smegenų tinklai.

MIT tyrėjai išsiaiškino, kaip elektrinę stimuliaciją suteikti giliai smegenyse, naudojant elektrodus, dedamus ant galvos odos, pasinaudojant reiškiniu, vadinamu laiko trukdžiais.

Ši strategija reikalauja generuoti dvi aukšto dažnio elektrines sroves naudojant už smegenų esančius elektrodus. Šie laukai yra per greitai varomi neuronams. Tačiau šios srovės trukdo viena kitai taip, kad ten, kur jos susikerta, giliai smegenyse, neuronų viduje susidaro nedidelis žemo dažnio srovės regionas. Ši žemo dažnio srovė gali būti naudojama neuronų elektriniam aktyvumui skatinti, o aukšto dažnio srovė praeina per aplinkinius audinius be jokio poveikio.

Sureguliavę šių srovių dažnį ir keisdami elektrodų skaičių bei vietą, mokslininkai gali kontroliuoti smegenų audinio, kuris gauna žemo dažnio stimuliaciją, dydį ir vietą. Jie gali nukreipti vietas giliai smegenyse, nepaveikdami nė vienos aplinkinės smegenų struktūros. Jie taip pat gali valdyti stimuliacijos vietą, nejudindami elektrodų, keisdami sroves. Tokiu būdu būtų galima skatinti gilius taikinius tiek terapiniam naudojimui, tiek pagrindiniams mokslo tyrimams.

„Galite ieškoti gilių taikinių ir pasigailėti virš jų esančių neuronų, nors erdvinė skiriamoji geba dar nėra tokia gera, kaip giliai stimuliuojant smegenis“, - sako Boydenas, kuris yra MIT „Media Lab“ ir „McGovern“ smegenų tyrimų instituto narys.

Li-Huei Tsai, MIT „Picower“ mokymosi ir atminties instituto direktorius, ir jos laboratorijos mokslininkai išbandė šią techniką su pelėmis ir nustatė, kad jos gali stimuliuoti mažus smegenų gilius regionus, įskaitant hipokampą. Jie taip pat sugebėjo perkelti stimuliacijos vietą, leisdami jiems suaktyvinti skirtingas motorinės žievės dalis ir paskatinti peles judinti galūnes, ausis ar ūsus.

„Mes parodėme, kad galime labai tiksliai nukreipti smegenų sritį, kad sukeltume ne tik neuronų aktyvaciją, bet ir elgesio reakcijas“, - sako Tsai. "Manau, kad tai labai jaudina, nes atrodo, kad Parkinsono liga ir kiti judėjimo sutrikimai kyla iš labai konkretaus smegenų regiono, ir jei galite tai nukreipti, turite galimybę tai pakeisti".

Pažymėtina, kad naujas požiūris nesuaktyvino žievės neuronų, regiono, esančio tarp kaukolės elektrodų, ir taikinio giliai smegenų viduje. Tyrėjai taip pat nerado kenksmingo poveikio nė vienoje smegenų dalyje.

Šaltinis: Masačusetso technologijos institutas