Сканування мозку показує ефекти терапевтичної стимуляції мозку
Дивовижне нове дослідження надає клініцистам візуальні докази мозкових мереж і те, як електрична стимуляція мозку допомагає скинути або стимулювати конкретні ділянки мозку.
Добре відомо, що стимулювання мозку електрикою або іншими засобами може допомогти полегшити симптоми різних неврологічних та психічних розладів. Клінічні практики часто використовують підхід для лікування захворювань, починаючи від епілепсії і закінчуючи депресією.
Але що насправді відбувається, коли лікарі забивають мозок?
Мало відомо про те, що робить цю методику ефективною, або на які ділянки мозку слід орієнтуватись для лікування різних захворювань.
Нове дослідження під керівництвом Університету Пенсільванії та Університету Буффало знаменує крок вперед у заповненні цих прогалин у знаннях. Дослідження описує, як стимуляція однієї області мозку впливає на активацію інших областей та масштабну діяльність у мозку.
"Ми погано розуміємо ефекти стимуляції мозку", - сказала перший автор Сара Малдун, доктор філософії, доцент математики в Університеті Буффало
“Коли у клініциста є пацієнт із певним розладом, як він може вирішити, які ділянки мозку стимулювати? Наше дослідження - це крок до кращого розуміння того, як зв’язок мозку може краще інформувати про ці рішення ".
«Якщо поглянути на архітектуру мозку, це, здається, мережа взаємопов’язаних регіонів, які взаємодіють між собою складними способами. Питання, яке ми задали в цьому дослідженні, полягало в тому, скільки мозку активується шляхом стимуляції однієї області.
"Ми виявили, що деякі регіони мають здатність спрямовувати мозок у різні стани дуже легко, коли їх стимулюють, тоді як інші регіони мають менший ефект", - сказала Даніель С. Бассетт, доктор філософії, доцент кафедри біоінженерії в Школа інженерних та прикладних наук Університету Пенсільванії.
Дослідження проводилось у співпраці з когнітивним неврологом Жаном М. Феттелем, доктором наук, з Армійської науково-дослідної лабораторії; теоретик управління Фабіо Паквалетті з Каліфорнійського університету, Ріверсайд; Скотт Т. Графтон, доктор медичних наук, та Метью Ціслак з Каліфорнійського університету, Санта-Барбара; і Ши Гу з кафедри психіатрії Університету Пенсільванії.
Дослідження, опубліковане в PLOS Обчислювальна біологія, використовував обчислювальну модель для імітації мозкової активності у восьми осіб, чия архітектура мозку була нанесена на карту за допомогою даних, отриманих при візуалізації дифузійного спектра. Цей метод візуалізації створює тип зображення мозку, зробленого за допомогою МРТ-сканера.
Дослідники вивчали вплив стимулювання кожного з 83 регіонів у мозку кожного суб’єкта. Хоча результати різнились залежно від людини, з’явились загальні тенденції.
Мережеві концентратори - ділянки мозку, які тісно пов’язані з іншими частинами мозку через білу речовину мозку, - демонструють те, що дослідники називають „високим функціональним ефектом”. Вони виявили, що стимулювання цих регіонів призвело до глобальної активації багатьох областей мозку.
Цей ефект був особливо помітним у двох підмережах мозку, які, як відомо, містять безліч регіональних центрів.
Зони включають підкіркову мережу (яка складається з регіонів, які еволюціонували порівняно рано і є критично важливими для обробки емоцій) та мережу режимів за замовчуванням (яка складається з регіонів, які еволюціонували пізніше і є критично важливими для самореференційної обробки, коли людина у спокої або не виконуючи жодного завдання).
Стимулюючі регіони в підкірковій мережі завершились глобальними змінами, в яких різноманітність областей у мозку суб'єкта висвітлилася.
Стимулюючі регіони в мережі за замовчуванням також легко призвели до безлічі нових станів мозку, хоча закономірності активації були обмежені основною архітектурою мозку - зв'язками білої речовини між вузлами мережі та іншими частинами мозку.
Незважаючи на це обмеження, спритність мережі підтримує думку про те, що мозок у стані "спокою" добре підходить для швидкого переходу в низку нових станів, спрямованих на виконання конкретних завдань.
На відміну від областей у мережі за замовчуванням і підкіркових мережах, більш слабко пов'язані ділянки, такі як в сенсорній та асоціаційній корі, мали більш обмежений вплив на мозкову діяльність при активації.
Ці закономірності дозволяють припустити, що лікарі можуть проводити два класи терапії, коли мова йде про стимуляцію мозку: "широкий перезапуск", який змінює глобальну динаміку мозку, або більш цілеспрямований підхід, який фокусується на динаміці лише кількох регіонів.
Дослідження підтверджує результати минулих досліджень Бассета та інших щодо керованості структурних мереж мозку. На відміну від минулої роботи, яка використовувала лінійне моделювання для отримання результатів, у новому дослідженні використовувались нелінійні моделі, які більш точно відображають складну діяльність мозку, сказав Малдун.
Джерело: Університет Буффало
