Mozkové skeny ukazují účinky terapeutické stimulace mozku

Úžasný nový výzkum poskytuje lékařům vizuální důkaz mozkových sítí a toho, jak elektrická stimulace mozku pomáhá resetovat nebo stimulovat konkrétní oblasti mozku.

Je dobře známo, že stimulace mozku elektřinou nebo jinými prostředky může pomoci zmírnit příznaky různých neurologických a psychiatrických poruch. Klinické postupy často používají přístup k léčbě stavů od epilepsie po depresi.

Ale co se opravdu stane, když lékaři zapálí mozek?

Málo je známo o tom, co dělá tuto techniku ​​účinnou, nebo na které oblasti mozku by měly být zaměřeny při léčbě různých nemocí.

Nová studie vedená University of Pennsylvania a University v Buffalu představuje krok vpřed při vyplňování těchto mezer ve znalostech. Výzkum popisuje, jak stimulace jedné oblasti mozku ovlivňuje aktivaci dalších oblastí a rozsáhlou aktivitu v mozku.

"Nemáme dobré znalosti o účincích stimulace mozku," řekla první autorka Sarah Muldoon, Ph.D., odborná asistentka matematiky na univerzitě v Buffalu

"Když má lékař pacienta s určitou poruchou, jak může rozhodnout, které části mozku stimulovat?" Naše studie je krokem k lepšímu pochopení toho, jak může propojení mozku lépe informovat o těchto rozhodnutích. “

"Když se podíváte na architekturu mozku, zdá se, že jde o síť vzájemně propojených oblastí, které na sebe vzájemně působí komplikovaným způsobem." Otázkou, kterou jsme si v této studii položili, bylo, kolik mozku je aktivováno stimulací jedné oblasti.

"Zjistili jsme, že některé regiony mají schopnost snadno stimulovat mozek do různých stavů, když jsou stimulovány, zatímco jiné regiony mají menší účinek," řekla Danielle S. Bassett, Ph.D., docentka bioinženýrství v University of Pennsylvania School of Engineering and Applied Science.

Výzkum byl proveden ve spolupráci s kognitivním neurologem Jeanem M. Vettelem, Ph.D., z Army Research Laboratory; teoretik řízení Fabio Pasqualetti z Kalifornské univerzity v Riverside; Scott T. Grafton, M.D., a Matthew Cieslak z University of California, Santa Barbara; a Shi Gu z psychiatrické kliniky University of Pennsylvania.

Studie publikovaná v PLOS výpočetní biologie, použili výpočetní model k simulaci mozkové aktivity u osmi jedinců, jejichž mozková architektura byla mapována pomocí dat odvozených ze zobrazování difúzního spektra. Tato zobrazovací technika vytváří typ obrazu mozku pořízeného skenerem MRI.

Vědci zkoumali dopad stimulace každé z 83 oblastí v mozku každého subjektu. Zatímco výsledky se lišily podle člověka, objevily se společné trendy.

Síťové rozbočovače - oblasti mozku, které jsou silně spojeny s jinými částmi mozku prostřednictvím bílé hmoty mozku - zobrazovaly to, co vědci nazývají „vysoce funkční efekt“. Zjistili, že stimulace těchto oblastí vyústila v globální aktivaci mnoha oblastí mozku.

Tento účinek byl zvláště pozoruhodný ve dvou podsítích mozku, o kterých je známo, že obsahují více regionálních uzlů.

Mezi oblasti patří subkortikální síť (která se skládá z regionů, které se vyvinuly relativně brzy a jsou kritické pro zpracování emocí) a síť výchozího režimu (která se skládá z regionů, které se vyvinuly později a jsou kritické pro autoreferenční zpracování, když je osoba v klidu nebo nedokončí žádný úkol).

Stimulační oblasti v subkortikální síti vyvrcholily globálními změnami, ve kterých se v mozku subjektu rozsvítila rozmanitost oblastí.

Stimulace regionů v síti ve výchozím režimu také snadno vedla k nepřebernému množství nových stavů mozku, i když vzorce aktivace byly omezeny základní architekturou mozku - vazbami bílé hmoty mezi uzly sítě a jinými částmi mozku.

Přes toto omezení agilita sítě podporuje myšlenku, že mozek v „klidu“ je vhodný pro rychlý přesun do řady nových států zaměřených na dokončení konkrétních úkolů.

Na rozdíl od oblastí v síti výchozího režimu a subkortikálních sítích měly slabší propojené oblasti, například v senzorické a asociační kůře, omezenější účinek na mozkovou aktivitu, když byly aktivovány.

Tyto vzorce naznačují, že by lékaři mohli při stimulaci mozku sledovat dvě třídy terapií: „široký reset“, který mění globální dynamiku mozku, nebo cílenější přístup zaměřený na dynamiku jen několika regionů.

Studie potvrzuje zjištění z minulého výzkumu Bassetta a dalších o ovladatelnosti strukturálních sítí mozku. Na rozdíl od minulé práce, která k dosažení výsledků používala lineární modelování, nová studie použila nelineární modely, které přesněji odrážejí komplexní aktivitu mozku, řekl Muldoon.

Zdroj: University of Buffalo