Peles pētījums: Pētnieki izstrādā neinvazīvu smadzeņu dziļas stimulācijas formu

Masačūsetsas Tehnoloģiskā institūta (MIT) pētnieki sadarbībā ar Beth Israel Deaconess medicīnas centru (BIDMC) un IT’IS fondu Šveicē ir izstrādājuši neinvazīvu dziļas smadzeņu stimulācijas veidu.

Šī jaunā pieeja varētu padarīt dziļu smadzeņu stimulēšanu mazāk riskantu, lētāku un pieejamāku pacientiem ar Parkinsona slimību un citiem traucējumiem. Tā vietā, lai pieprasītu operāciju, lai implantētu elektrodus smadzenēs, šī jaunā metode darbojas, pielietojot elektrodus galvas ādai.

Līdz šim jaunā pieeja ir pētīta dzīvām pelēm, kur tika pierādīts, ka tā selektīvi stimulē dziļas smadzeņu struktūras, neietekmējot šūnu aktivitāti pārējos reģionos. Secinājumi tiek publicēti žurnālā Šūna.

“Tradicionālai dziļai smadzeņu stimulācijai ir nepieciešams atvērt galvaskausu un implantēt elektrodu, kam var būt komplikācijas. Otrkārt, tikai neliels skaits cilvēku var veikt šāda veida neiroķirurģiskas operācijas, ”saka vecākais autors Eds Boidens, MIT bioloģiskās inženierijas un smadzeņu un kognitīvo zinātņu asociētais profesors.

Tradicionālā dziļā smadzeņu stimulācija ir veiksmīgi izmantota daudziem pacientiem ar Parkinsona slimību. To lieto arī, lai ārstētu dažus pacientus ar obsesīvi kompulsīviem traucējumiem, epilepsiju un depresiju, un pašlaik tas tiek pētīts kā autisma ārstēšanas līdzeklis. Jaunā, neinvazīvā pieeja varētu atvieglot dziļu smadzeņu stimulāciju, lai ārstētu papildu traucējumus, saka pētnieki.

"Ar spēju neinvazīvi stimulēt smadzeņu struktūras, mēs ceram, ka mēs varam palīdzēt atklāt jaunus mērķus smadzeņu traucējumu ārstēšanai," saka raksta vadošais autors Nir Grossman, bijušais Wellcome Trust-MIT postdoc, strādājot MIT un BIDMC. tagad ir Londonas Imperatora koledžas zinātniskais līdzstrādnieks.

Ārstējot Parkinsona slimību, elektrodi parasti tiek ievietoti subtalāma kodolā, lēcas formas struktūrā, kas atrodas zem talāmu, dziļi smadzenēs. Ir pierādīts, ka elektriskie impulsi, kas tiek piegādāti uz šo smadzeņu reģionu, uzlabo daudzus slimības simptomus, taču operācija, kas nepieciešama elektrodu implantēšanai, rada riskus, tostarp smadzeņu asiņošanu un infekciju.

Citi pētnieki ir mēģinājuši neinvazīvi stimulēt smadzenes, izmantojot tādas metodes kā transkraniālā magnētiskā stimulācija (TMS), kas ir FDA apstiprināta depresijas ārstēšanai. Tā kā TMS nav invazīvs, to izmanto arī parastiem cilvēkiem, lai pētītu izziņas, emociju, sensāciju un kustību pamatzinātnes.

Tomēr, izmantojot TMS, lai stimulētu dziļas smadzeņu struktūras, var arī spēcīgi stimulēt virsmas reģionus, kā rezultātā tiek modulēti vairāki smadzeņu tīkli.

MIT pētnieki izdomāja, kā elektriski stimulēt dziļi smadzenēs, izmantojot galvas ādā novietotus elektrodus, izmantojot fenomenu, kas pazīstams kā laika traucējumi.

Šī stratēģija prasa ģenerēt divas augstfrekvences elektriskās strāvas, izmantojot elektrodus, kas novietoti ārpus smadzenēm. Šie lauki ir pārāk ātri, lai vadītu neironus. Tomēr šīs strāvas traucē viena otrai tādā veidā, ka vietās, kur tās krustojas, dziļi smadzenēs, neironu iekšpusē rodas neliels zemfrekvences strāvas apgabals. Šo zemfrekvences strāvu var izmantot neironu elektriskās aktivitātes vadīšanai, savukārt augstfrekvences strāva iet cauri apkārtējiem audiem bez ietekmes.

Pielāgojot šo strāvu biežumu un mainot elektrodu skaitu un atrašanās vietu, pētnieki var kontrolēt smadzeņu audu lielumu un atrašanās vietu, kas saņem zemfrekvences stimulāciju. Viņi var mērķēt uz vietām dziļi smadzenēs, neietekmējot nevienu no apkārtējām smadzeņu struktūrām. Viņi var arī vadīt stimulācijas vietu, nepārvietojot elektrodus, mainot strāvas. Tādā veidā varētu stimulēt dziļus mērķus gan terapeitiskai lietošanai, gan fundamentāliem zinātnes pētījumiem.

"Jūs varat doties uz dziļiem mērķiem un saudzēt pārklājošos neironus, lai gan telpiskā izšķirtspēja vēl nav tik laba kā dziļai smadzeņu stimulācijai," saka Boidens, kurš ir MIT Media Lab un McGovern smadzeņu pētījumu institūta loceklis.

Li-Huei Tsai, MIT Picower mācību un atmiņas institūta direktors, un viņas laboratorijas pētnieki pārbaudīja šo tehniku ​​pelēm un atklāja, ka tās var stimulēt mazus reģionus dziļi smadzenēs, ieskaitot hipokampu. Viņi arī varēja pārvietot stimulācijas vietu, ļaujot viņiem aktivizēt dažādas motora garozas daļas un mudināt peles pārvietot ekstremitātes, ausis vai ūsas.

"Mēs parādījām, ka mēs varam ļoti precīzi mērķēt uz smadzeņu reģionu, lai izraisītu ne tikai neironu aktivāciju, bet arī uzvedības reakcijas," saka Tsai. "Es domāju, ka tas ir ļoti aizraujoši, jo Parkinsona slimība un citi kustību traucējumi, šķiet, nāk no ļoti konkrēta smadzeņu reģiona, un, ja jūs to varat mērķēt, jums ir potenciāls to mainīt."

Zīmīgi, ka jaunā pieeja neaktivizēja neironus garozā, reģionā, kas atrodas starp galvaskausa elektrodiem un mērķi dziļi smadzeņu iekšienē. Pētnieki arī neatrada kaitīgu ietekmi nevienā smadzeņu daļā.

Avots: Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts