Myší studie: Vědci navrhli neinvazivní formu stimulace hlubokého mozku

Vědci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) ve spolupráci s Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) a nadací IT’IS ve Švýcarsku vymysleli neinvazivní formu hluboké stimulace mozku.

Tento nový přístup by mohl učinit hlubokou stimulaci mozku méně riskantní, levnější a dostupnější pro pacienty s Parkinsonovou chorobou a jinými poruchami. Spíše než vyžadovat chirurgický zákrok k implantaci elektrod do mozku, tato nová metoda funguje tak, že se elektrody aplikují na pokožku hlavy.

Doposud byl nový přístup studován u živých myší, kde bylo prokázáno, že selektivně stimuluje hluboké mozkové struktury, aniž by ovlivňoval aktivitu buněk v překrývajících se oblastech. Zjištění jsou zveřejněna v časopise Buňka.

"Tradiční hluboká stimulace mozku vyžaduje otevření lebky a implantaci elektrody, což může mít komplikace." Zadruhé, tento druh neurochirurgie může provádět jen malý počet lidí, “říká vedoucí autor Ed Boyden, docent biologického inženýrství a mozkových a kognitivních věd na MIT.

Tradiční hluboká stimulace mozku byla úspěšně použita u mnoha pacientů s Parkinsonovou chorobou. Používá se také k léčbě některých pacientů s obsedantně kompulzivní poruchou, epilepsií a depresí a v současné době se zkoumá jako léčba autismu. Nový neinvazivní přístup by mohl usnadnit přizpůsobení hluboké stimulace mozku k léčbě dalších poruch, tvrdí vědci.

"Se schopností neinvazivně stimulovat mozkové struktury doufáme, že můžeme pomoci objevit nové cíle pro léčbu mozkových poruch," říká hlavní autor příspěvku Nir Grossman, bývalý postdoktor Wellcome Trust-MIT pracující v MIT a BIDMC, který je nyní výzkumným pracovníkem na Imperial College v Londýně.

Při léčbě Parkinsonovy choroby jsou elektrody obvykle umístěny do subthalamického jádra, což je struktura ve tvaru čočky umístěná pod thalamem, hluboko v mozku. Ukázalo se, že elektrické impulsy dodávané do této oblasti mozku zlepšují mnoho příznaků onemocnění, ale operace potřebná k implantaci elektrod s sebou nese rizika, včetně krvácení do mozku a infekce.

Jiní vědci se pokusili neinvazivně stimulovat mozek pomocí technik, jako je transkraniální magnetická stimulace (TMS), která je pro léčbu deprese schválena FDA. Protože TMS je neinvazivní, používá se také u normálních lidských subjektů ke studiu základních věd poznání, emocí, vjemů a pohybu.

Použití TMS ke stimulaci hlubokých mozkových struktur však může mít také za následek silnou stimulaci povrchových oblastí, což má za následek modulaci více mozkových sítí.

Výzkumníci MIT zjistili, jak dodávat elektrickou stimulaci hluboko v mozku pomocí elektrod umístěných na pokožce hlavy, a to využitím jevu známého jako časová interference.

Tato strategie vyžaduje generování dvou vysokofrekvenčních elektrických proudů pomocí elektrod umístěných mimo mozek. Tato pole jsou příliš rychlá na to, aby poháněla neurony. Tyto proudy však vzájemně interferují takovým způsobem, že tam, kde se protínají, hluboko v mozku, se uvnitř neuronů vytváří malá oblast nízkofrekvenčního proudu. Tento nízkofrekvenční proud lze použít k řízení elektrické aktivity neuronů, zatímco vysokofrekvenční proud prochází okolní tkání bez účinku.

Vyladěním frekvence těchto proudů a změnou počtu a umístění elektrod mohou vědci řídit velikost a umístění mozkové tkáně, která přijímá nízkofrekvenční stimulaci. Mohou cílit na místa hluboko v mozku, aniž by to ovlivnilo kteroukoli z okolních mozkových struktur. Mohou také řídit polohu stimulace, aniž by pohybovali elektrodami, změnou proudů. Tímto způsobem by mohly být stimulovány hluboké cíle, a to jak pro terapeutické použití, tak pro základní vědecké výzkumy.

"Můžete jít za hlubokými cíli a ušetřit nadložní neurony, i když prostorové rozlišení ještě není tak dobré jako u hluboké stimulace mozku," říká Boyden, který je členem MIT Media Lab a McGovern Institute for Brain Research.

Li-Huei Tsai, ředitel Picower Institute pro učení a paměť MIT, a vědci v její laboratoři testovali tuto techniku ​​na myších a zjistili, že mohou stimulovat malé oblasti hluboko v mozku, včetně hipokampu. Byli také schopni posunout místo stimulace, což jim umožnilo aktivovat různé části motorické kůry a vyzvat myši k pohybu končetin, uší nebo vousů.

"Ukázali jsme, že dokážeme velmi přesně zacílit na oblast mozku, abychom vyvolali nejen aktivaci neuronů, ale také behaviorální reakce," říká Tsai. "Myslím, že je to velmi vzrušující, protože Parkinsonova choroba a další pohybové poruchy pocházejí z velmi konkrétní oblasti mozku, a pokud na ni dokážete zacílit, máte potenciál to zvrátit."

Je příznačné, že nový přístup neaktivoval neurony v kůře, oblast ležící mezi elektrodami na lebce a cíl hluboko uvnitř mozku. Vědci také nezjistili žádné škodlivé účinky na žádnou část mozku.

Zdroj: Massachusetts Institute of Technology