Študija na miših: Raziskovalci oblikujejo neinvazivno obliko globoke možganske stimulacije

Raziskovalci na Massachusetts Institute of Technology (MIT) so v sodelovanju z Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) in fundacijo IT’IS v Švici razvili neinvazivno obliko globoke možganske stimulacije.

Ta nov pristop bi lahko globoko stimulacijo možganov naredil manj tvegano, cenejšo in bolj dostopno bolnikom s Parkinsonovo boleznijo in drugimi motnjami. Namesto da bi zahtevali kirurški poseg za vsaditev elektrod v možgane, ta nova metoda deluje tako, da elektrode nanese na lasišče.

Doslej so nov pristop preučevali pri živih miših, kjer je bilo dokazano, da selektivno stimulira globoke možganske strukture, ne da bi vplival na aktivnost celic v zgornjih predelih. Ugotovitve so objavljene v reviji Celica.

»Tradicionalna globoka možganska stimulacija zahteva odpiranje lobanje in vsaditev elektrode, kar ima lahko zaplete. Drugič, le majhno število ljudi se lahko ukvarja s tovrstno nevrokirurgijo, «pravi starejši avtor Ed Boyden, izredni profesor biološkega inženirstva ter možganov in kognitivnih znanosti na MIT.

Tradicionalna globoka možganska stimulacija je bila uspešno uporabljena pri mnogih bolnikih s Parkinsonovo boleznijo. Uporabljali so ga tudi za zdravljenje nekaterih bolnikov z obsesivno kompulzivno motnjo, epilepsijo in depresijo, trenutno pa ga preučujejo kot zdravljenje avtizma. Raziskovalci pravijo, da bi lahko nov, neinvaziven pristop olajšal prilagoditev globoke možganske stimulacije za zdravljenje dodatnih motenj.

"Z zmožnostjo neinvazivne stimulacije možganskih struktur upamo, da bomo morda pomagali odkriti nove cilje za zdravljenje možganskih motenj," pravi vodja prispevka Nir Grossman, nekdanji postdoc Wellcome Trust-MIT, ki dela v MIT in BIDMC, ki je zdaj raziskovalka na Imperial College London.

Pri zdravljenju Parkinsonove bolezni so elektrode običajno nameščene v subtalamičnem jedru, lečasto strukturo, ki se nahaja pod talamusom, globoko v možganih. Dokazano je, da električni impulzi, ki se prenašajo v to možgansko regijo, izboljšujejo številne simptome bolezni, vendar operacija, potrebna za vsaditev elektrod, predstavlja tveganje, vključno z možgansko krvavitvijo in okužbo.

Drugi raziskovalci so poskušali neinvazivno stimulirati možgane z uporabo tehnik, kot je transkranialna magnetna stimulacija (TMS), ki je odobrena s strani FDA za zdravljenje depresije. Ker je TMS neinvaziven, ga uporabljajo tudi pri običajnih človeških predmetih za preučevanje osnovne znanosti o spoznavanju, čustvih, občutkih in gibanju.

Vendar pa lahko uporaba TMS za spodbujanje globokih možganskih struktur povzroči tudi močno stimuliranje površinskih regij, kar povzroči modulacijo več možganskih mrež.

Raziskovalci MIT-a so ugotovili, kako električno stimulacijo izvajati globoko v možganih prek elektrod, nameščenih na lasišču, tako da izkoristijo pojav, znan kot časovne interference.

Ta strategija zahteva ustvarjanje dveh visokofrekvenčnih električnih tokov z uporabo elektrod, nameščenih zunaj možganov. Ta polja so prehitra za pogon nevronov. Vendar se ti tokovi medsebojno motijo ​​tako, da tam, kjer se sekajo globoko v možganih, znotraj nevronov nastane majhno območje nizkofrekvenčnega toka. Ta nizkofrekvenčni tok se lahko uporablja za poganjanje električne aktivnosti nevronov, medtem ko visokofrekvenčni tok brez učinka prehaja skozi okoliško tkivo.

Z nastavitvijo frekvence teh tokov in spreminjanjem števila in lokacije elektrod lahko raziskovalci nadzorujejo velikost in lokacijo možganskega tkiva, ki prejme nizkofrekvenčno stimulacijo. Lahko ciljajo na lokacije globoko v možganih, ne da bi vplivali na katero koli okoliško možgansko strukturo. Lahko tudi usmerjajo lokacijo stimulacije, ne da bi premikali elektrode, s spreminjanjem tokov. Na ta način bi lahko spodbudili globoke tarče, tako za terapevtsko uporabo kot za temeljne znanstvene raziskave.

"Lahko greste po globokih tarčah in prihranite prekrivajoče se nevrone, čeprav prostorska ločljivost še ni tako dobra kot globoka možganska stimulacija," pravi Boyden, član Mednarodnega laboratorija MIT in Inštituta za raziskave možganov McGovern.

Li-Huei Tsai, direktorica MIT-ovega Picowerjevega inštituta za učenje in spomin, in raziskovalci v svojem laboratoriju so to tehniko preizkusile na miših in ugotovile, da lahko stimulirajo majhne regije globoko v možganih, vključno s hipokampusom. Prav tako so lahko premaknili mesto stimulacije, kar jim je omogočilo, da so aktivirali različne dele motorične skorje in miši spodbudili k premikanju okončin, ušes ali brkov.

"Pokazali smo, da lahko zelo natančno usmerimo možgansko regijo, da ne izzovemo le nevronske aktivacije, temveč tudi vedenjske odzive," pravi Tsai. "Mislim, da je zelo razburljivo, ker se zdi, da Parkinsonova bolezen in druge gibalne motnje izvirajo iz določene možganske regije, in če jo lahko usmerite, jo lahko obrnete."

Pomembno je, da nov pristop ni aktiviral nevronov v skorji, predelu, ki leži med elektrodama na lobanji in tarčo globoko v možganih. Raziskovalci prav tako niso našli škodljivih učinkov na nobenem delu možganov.

Vir: Massachusetts Institute of Technology