Дослідження на мишах: дослідники розробляють неінвазивну форму глибокої стимуляції мозку

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) у співпраці з Медичним центром дияконессів Бет Ізраїль (BIDMC) та Фондом IT’IS у Швейцарії розробили неінвазивну форму глибокої стимуляції мозку.

Цей новий підхід може зробити глибоку стимуляцію мозку менш ризикованою, дешевшою та доступнішою для пацієнтів із хворобою Паркінсона та іншими розладами. Замість того, щоб вимагати хірургічної операції з імплантації електродів всередині мозку, цей новий метод працює шляхом накладання електродів на шкіру голови.

До цих пір новий підхід вивчався на живих мишах, де було показано, що він вибірково стимулює глибокі структури мозку, не впливаючи на активність клітин у вищих областях. Висновки опубліковані в журналі Клітинка.

«Традиційна глибока стимуляція мозку вимагає розкриття черепа та імплантації електрода, що може мати ускладнення. По-друге, лише невелика кількість людей може робити такий вид нейрохірургії », - говорить старший автор Ед Бойден, доцент кафедри біологічної інженерії та мозку та когнітивних наук в Массачусетському технологічному інституті.

Традиційна глибока стимуляція мозку успішно застосовується у багатьох пацієнтів із хворобою Паркінсона. Він також використовувався для лікування деяких пацієнтів з обсесивно-компульсивним розладом, епілепсією та депресією, і в даний час досліджується як лікування аутизму. Новий, неінвазивний підхід може полегшити адаптацію глибокої стимуляції мозку для лікування додаткових розладів, вважають дослідники.

"Завдяки здатності неінвазивно стимулювати мозкові структури, ми сподіваємось, що ми можемо допомогти виявити нові цілі для лікування розладів мозку", - говорить провідний автор статті Нір Гросман, колишній докторант Wellcome Trust-MIT, який працює в MIT та BIDMC. зараз науковий співробітник Імперського коледжу в Лондоні.

При лікуванні хвороби Паркінсона електроди, як правило, розміщуються в субталамічному ядрі - кришталиковій структурі, розташованій нижче таламуса, глибоко в мозку. Показано, що електричні імпульси, що надходять у цю область мозку, покращують багато симптомів захворювання, але хірургічна операція, необхідна для імплантації електродів, несе ризик, включаючи крововилив у мозок та інфекцію.

Інші дослідники намагалися неінвазивно стимулювати мозок, використовуючи такі методи, як транскраніальна магнітна стимуляція (TMS), яка затверджена FDA для лікування депресії. Оскільки TMS є неінвазивним, його також застосовують у звичайних людей для вивчення базової науки про пізнання, емоції, відчуття та рух.

Однак використання TMS для стимуляції глибоких структур мозку може також призвести до того, що поверхневі області сильно стимулюються, що призводить до модуляції безлічі мозкових мереж.

Дослідники MIT з'ясували, як здійснити електричну стимуляцію глибоко в мозку за допомогою електродів, розміщених на шкірі голови, скориставшись явищем, відомим як тимчасові перешкоди.

Ця стратегія вимагає генерації двох високочастотних електричних струмів за допомогою електродів, розміщених поза мозку. Ці поля занадто швидкі, щоб рухати нейрони. Однак ці струми взаємодіють один з одним таким чином, що там, де вони перетинаються, глибоко в мозку, всередині нейронів утворюється невелика область низькочастотного струму. Цей струм низької частоти може бути використаний для руху електричної активності нейронів, тоді як струм високої частоти проходить через навколишні тканини без ефекту.

Налаштовуючи частоту цих струмів та змінюючи кількість та розташування електродів, дослідники можуть контролювати розмір та розташування мозкової тканини, яка отримує низькочастотну стимуляцію. Вони можуть націлювати місця на глибину мозку, не впливаючи на жодну з оточуючих структур мозку. Вони також можуть керувати місцем стимуляції, не рухаючи електроди, змінюючи струми. Таким чином можна стимулювати глибокі мішені як для терапевтичного використання, так і для фундаментальних наукових досліджень.

"Ви можете піти на глибокі мішені і пошкодувати нейрони, що лежать вище, хоча просторова роздільна здатність ще не настільки хороша, як глибока стимуляція мозку", - каже Бойден, який є членом Медіа-лабораторії MIT та Інституту досліджень мозку Макговерна.

Лі-Хуей Цай, директор Інституту навчання та пам'яті Пікоуера з Массачусетського технологічного інституту, та дослідники у своїй лабораторії випробували цю техніку на мишах і виявили, що вони можуть стимулювати невеликі ділянки глибоко в мозку, включаючи гіпокампу. Вони також змогли зрушити місце стимуляції, дозволяючи активувати різні частини рухової кори і спонукати мишей рухати кінцівками, вухами або вусами.

"Ми показали, що можемо дуже точно націлити область мозку, щоб викликати не просто нейрональну активацію, а поведінкові реакції", - говорить Цай. "Я думаю, це дуже захоплююче, тому що хвороба Паркінсона та інші рухові розлади, здається, походять з певної області мозку, і якщо ви можете націлити це, у вас є можливість його змінити".

Важливо зазначити, що новий підхід не активував нейрони в корі, області, що лежить між електродами на черепі та мішенню глибоко всередині мозку. Дослідники також не виявили шкідливого впливу на будь-яку частину мозку.

Джерело: Массачусетський технологічний інститут