Studija miša: Istraživači osmišljavaju neinvazivni oblik duboke stimulacije mozga
Istraživači s Massachusetts Institute of Technology (MIT), u suradnji s Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) i zakladom IT’IS u Švicarskoj, osmislili su neinvazivni oblik duboke stimulacije mozga.
Ovaj novi pristup mogao bi duboku stimulaciju mozga učiniti manje rizičnom, jeftinijom i dostupnijom pacijentima s Parkinsonovom bolešću i drugim poremećajima. Umjesto da zahtijeva operaciju implantacije elektroda u mozak, ova nova metoda djeluje primjenom elektroda na vlasište.
Do sada je novi pristup proučavan na živim miševima gdje je pokazano da selektivno stimulira duboke moždane strukture bez utjecaja na aktivnost stanica u gornjim regijama. Nalazi su objavljeni u časopisu Stanica.
„Tradicionalna duboka stimulacija mozga zahtijeva otvaranje lubanje i ugradnju elektrode, što može imati komplikacije. Drugo, samo mali broj ljudi može raditi ovu vrstu neurokirurgije ”, kaže stariji autor Ed Boyden, izvanredni profesor biološkog inženjerstva i mozga i kognitivnih znanosti na MIT-u.
Tradicionalna duboka stimulacija mozga uspješno se koristi kod mnogih pacijenata s Parkinsonovom bolešću. Također se koristi za liječenje nekih pacijenata s opsesivno-kompulzivnim poremećajem, epilepsijom i depresijom, a trenutno se istražuje kao liječenje za autizam. Novi, neinvazivni pristup mogao bi olakšati prilagodbu duboke stimulacije mozga za liječenje dodatnih poremećaja, kažu istraživači.
"Uz sposobnost neinvazivne stimulacije moždanih struktura, nadamo se da bismo mogli pomoći u otkrivanju novih ciljeva za liječenje poremećaja mozga", kaže glavni autor članka Nir Grossman, bivši postdoc iz Wellcome Trust-MIT-a koji radi u MIT-u i BIDMC-u, koji sada je znanstveni novak na Imperial College u Londonu.
Kada se liječi Parkinsonova bolest, elektrode se obično postavljaju u subtalamičku jezgru, strukturu u obliku leće koja se nalazi ispod talamusa, duboko u mozgu. Pokazalo se da električni impulsi isporučeni u ovaj dio mozga poboljšavaju mnoge simptome bolesti, ali operacija potrebna za implantaciju elektroda nosi rizike, uključujući krvarenje u mozgu i infekciju.
Drugi su istraživači pokušali neinvazivno stimulirati mozak pomoću tehnika poput transkranijalne magnetske stimulacije (TMS), koja je odobrena od strane FDA za liječenje depresije. Budući da je TMS neinvazivan, koristi se i kod normalnih ljudskih ispitanika za proučavanje osnovne znanosti o spoznaji, osjećajima, osjećajima i kretanju.
Međutim, korištenje TMS-a za poticanje dubokih moždanih struktura također može rezultirati snažnim stimuliranjem površinskih područja, što rezultira modulacijom višestrukih moždanih mreža.
Istraživači s MIT-a shvatili su kako pružiti električnu stimulaciju duboko u mozgu, pomoću elektroda postavljenih na vlasište, koristeći prednost fenomena poznatog kao privremene smetnje.
Ova strategija zahtijeva stvaranje dvije visokofrekventne električne struje pomoću elektroda smještenih izvan mozga. Ta su polja prebrza za pogon neurona. Međutim, ove se struje međusobno ometaju na takav način da se tamo gdje se sijeku, duboko u mozgu, unutar neurona generira malo područje niskofrekventne struje. Ova se niskofrekventna struja može koristiti za pogon električne aktivnosti neurona, dok visokofrekventna struja prolazi kroz okolno tkivo bez učinka.
Podešavanjem frekvencije ovih struja i promjenom broja i mjesta elektroda, istraživači mogu kontrolirati veličinu i mjesto moždanog tkiva koje prima niskofrekventnu stimulaciju. Oni mogu ciljati mjesta duboko u mozgu bez utjecaja na bilo koju okolnu strukturu mozga. Oni također mogu upravljati mjestom stimulacije, bez pomicanja elektroda, mijenjajući struje. Na taj bi se način mogli stimulirati duboki ciljevi, kako za terapijsku upotrebu, tako i za temeljna znanstvena istraživanja.
"Možete ići prema dubokim ciljevima i poštedjeti prevladavajuće neurone, iako prostorna razlučivost još nije dobra kao duboka stimulacija mozga", kaže Boyden, član MIT-ovog Medijskog laboratorija i Instituta za istraživanje mozga McGovern.
Li-Huei Tsai, direktorica MIT-ovog Instituta za učenje i pamćenje Picower, i istraživači u svom laboratoriju testirali su ovu tehniku na miševima i otkrili da mogu stimulirati male regije duboko u mozgu, uključujući hipokampus. Također su mogli pomaknuti mjesto stimulacije, omogućujući im da aktiviraju različite dijelove motorne kore i potaknu miševe da pomiču udove, uši ili brkove.
"Pokazali smo da možemo vrlo precizno ciljati regiju mozga kako bismo izazvali ne samo neuronsku aktivaciju već i bihevioralne reakcije", kaže Tsai. "Mislim da je vrlo uzbudljivo jer se čini da Parkinsonova bolest i drugi poremećaji kretanja potječu iz vrlo određene regije mozga, a ako to možete ciljati, imate potencijal da to preokrenete."
Znakovito je da novi pristup nije aktivirao neurone u korteksu, području koje leži između elektroda na lubanji i mete duboko u mozgu. Istraživači također nisu pronašli štetne učinke ni u jednom dijelu mozga.
Izvor: Massachusetts Institute of Technology
