Новости и мнения

Глубокая стимуляция мозга без хирургического вмешательства

Используя мешающие высокочастотные токи, приложенные к поверхности черепа мыши, ученые могут неинвазивно нацеливаться на области мозга, скрытые ниже поверхности коры.

Глубокая стимуляция мозга может улучшить изнурительные, устойчивые к лечению расстройства головного мозга, но включает в себя хирургические имплантированные электроды, которые часто должны проникать через несколько слоев ткани, прежде чем достичь своих целей. В исследовании на мышах, опубликованном сегодня (1 июня) в журнале Cell, исследователи разработали нехирургический метод на мышах для стимуляции областей, скрытых под корой головного мозга, без нарушения окружающей ткани.

«Я просто нахожу всю природу этого поразительно элегантным», – говорит Хелен Майберг , профессор и невролог из Университета Эмори, который не принимал участия в этой работе. «С точки зрения глубокой стимуляции мозга, я смотрю на это и спрашиваю, как мы получаем от того, что я делаю, к тому, что они делают?»

Врачи показали, что глубокая стимуляция головного мозга может улучшить болезнь Паркинсона, депрессию и тяжелые случаи обсессивно-компульсивного расстройства у некоторых пациентов, а недавно продемонстрировала перспективность болезни Альцгеймера. «Глубокая стимуляция мозга может помочь миллионам людей с нарушениями головного мозга», – говорит ведущий автор Nir Grossman , сотрудник Wellcome Trust в MIT и Imperial College, Лондон. «Возможности огромны».

Но поскольку хирургическая процедура является инвазивной и часто требует от пациентов бодрствования, «количество пациентов, которые могут получить это лечение, ограничено», добавляет Гроссман. По словам Типу Азиза , профессора нейрохирургии в Оксфордском университете, который не принимал участия в этом исследовании, исключаются также пациенты, принимающие антисвертывающие агенты или психически не способные справиться с операцией.

«Если мы сможем стимулировать извне [мозга], возможно, мы сможем помочь большему количеству людей», – говорит старший автор Эд Бойден , нейробиолог и биоинженер MIT.

Метод исследователей основан на универсальном отсутствии реакции нейронов на высокочастотную стимуляцию – «фундаментальное биофизическое свойство, которое мы знаем десятилетиями», говорит Гроссман. Тем не менее, они продемонстрировали, что нейроны могут определить разницу между двумя мешающими токами, если частоты немного отличаются. Подача этих высокочастотных токов с поверхности мозга для выбора областей, расположенных под корой, работала.

Ученые вызвали слегка отличающиеся высокочастотные токи от двух стратегически расположенных пар электродов на верхней части головы мыши: в одном эксперименте электроды на одной стороне черепа подавали ток в 2 010 килогерц, тогда как противоположные электроды стимулировали при 2000 килогерц. Эти высокие частоты не влияли на нейроны в областях мозга, через которые они проходили. Но в тех областях мозга, где эти потоки перекрывались, они мешали друг другу. В пересекающейся области между парами электродов 2,010 кГц и 2000 кГц, нейроны смогли почувствовать разницу между этими двумя частотами и были приняты на работу на частоте 10 Гц.

Команда Гроссмана и Бойдена называет это «временная интерференционная стимуляция» и продемонстрировала это сначала in vitro, а затем на мышах, где они первоначально регистрировали активность нейронов в коре после применения мешающих токов от двух близко расположенных электродов. Затем они проникают глубже в мозг, избирательно стимулируя активность нейронов в гиппокампе, области ниже коры. «Это первый случай, когда кто-то продемонстрировал, что нейроны действительно могут на это реагировать», – говорит Гроссман.

Затем исследователи «направили» или сместили местоположение электрической оболочки – точки, в которой два поля перекрываются, чтобы произвести вычитаемую низкую частоту – просто путем увеличения или уменьшения стимулирующей частоты электрода на одной стороне. По словам Бойдена, когда ток на одной стороне слабее, чем на другой, огибающая смещается ближе к более слабой. Управляя этой электрической оболочкой, исследователи производили альтернативные движения правой и левой лап мыши, усов и ушей.

Команда Бойдена подтвердила, что стимулирование мозга бодрствующих мышей не изменяет температуру мозга, не повреждает нейроны или ДНК и не вызывает иммунный ответ через 24 часа. Примечательно, что временная интерференционная стимуляция влияла на активность нейронов в пределах предполагаемых областей мозга, не затрагивая окружающие области, исследователи продемонстрировали, исследуя гиппокамп и окружающую ткань на уровень белка c-fos, маркер нейрональной активности.

Другие существующие инструменты способны стимулировать мозг без хирургического вмешательства. Все же магнитные поля или электрические токи, приложенные к черепу, главным образом затрагивают кору и потенциально подкорковые структуры. Но, «чтобы стимулировать глубокую область, вы также должны стимулировать поверхностную область», – говорит Бойден. Клинически важными структурами часто являются те, которые погружены под поверхность.

Временная интерференционная стимуляция является шагом в этом направлении, но модель мыши исследователей не может напрямую влиять на человека. «В гиппокампе мыши его расстояние от поверхности, безусловно, очень отличается от того, где гиппокамп живет у человека», – отмечает Майберг.

Азиз соглашается: «Я вижу возможное будущее, когда эту технологию можно будет сделать портативной для неинвазивной глубокой стимуляции мозга в качестве терапии», – говорит он в электронном письме. «Если бы можно было показать, что работа выполняется на более крупных моделях животных, чем на мышах, я был бы еще более оптимистичным».

Бойден и Гроссман признают эти ограничения и в настоящее время проводят испытания на людях. Хотя их метод менее инвазивен, Бойден отмечает, что он «менее очаговый», чем точность, обеспечиваемая электродами глубокой стимуляции мозга, которые могут оттачивать структуры вблизи их кончика.

«Это начало, и впереди еще много работы, но это важный этап», – говорит Гроссман.

N. Grossman и соавт., « Неинвазивная глубокая стимуляция мозга с помощью временно влияющих электрических полей », Cell , doi: 10.1016 / j.cell.2017.05.024 , 2017.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *