محققان روش تحریک عمیق غیر تهاجمی مغز را توسعه داده اند

از سال 1997 ، بیش از 100،000 بیمار مبتلا به پارکینسون تحت تحریک عمیق مغزی (DBS) ، یک روش جراحی که شامل کاشت الکترودهای سیم بسیار نازک . دستگاه کاشته شده ، که گاهی اوقات به عنوان “ضربان ساز مغز” نیز شناخته می شود ، پالس های الکتریکی را به ساختاری به نام هسته زیرتالاموس می رساند ، که در نزدیکی مرکز مغز واقع شده است و بسیاری از علائم فیزیکی بیماری مانند لرزش ، عضله را به طور مatesثر کاهش می دهد. سفتی و کند شدن حرکات

DBS به طور کلی بی خطر است ، اما مانند هر عمل جراحی ، با خطرات همراه است. قبل از هر چیز ، بسیار تهاجمی است و نیاز به سوراخ های کوچکی در جمجمه بیمار دارد که الکترودها از طریق آنها وارد می شوند. عوارض این شامل عفونت ، سکته مغزی و خونریزی روی مغز الکترودهایی که برای مدت زمان طولانی کاشته می شوند ، گاهی اوقات از جای خود خارج می شوند. آنها همچنین می توانند باعث تورم در محل کاشت شوند. و سیم متصل کننده آنها به باتری ، که معمولاً در زیر پوست سینه قرار می گیرد ، می تواند فرسوده شود ، که همه آنها نیاز به اعمال جراحی اضافی دارند.

در حال حاضر ، محققان موسسه فناوری ماساچوست موفق به توسعه یک روش جدید که می تواند سلول ها را در اعماق مغز به صورت غیرتهاجمی تحریک کند ، با استفاده از چندین میدان الکتریکی که از خارج از اندام اعمال می شود. در مطالعه ای منتشر شده امروز در مجله Cell ، آنها نشان می دهند که این روش می تواند ساختارهای عمقی مغز را در موش های زنده به طور انتخابی تحریک کند ، بدون اینکه بر فعالیت سلول های مناطق پوشاننده تأثیر بگذارد ، و همچنین می تواند به راحتی برای برانگیختن حرکات تنظیم شود تحریک قشر حرکتی.

روش جدید که تداخل زمانی نامیده می شود ، از این واقعیت که نورون ها به فرکانس های حدود 1000 هرتز (هرتز یا چرخه ها) به میدان های الکتریکی پاسخ نمی دهند ، استفاده می کند. در ثانیه) یا بیشتر بنابراین ، میدانهای الکتریکی با فرکانس بالا که روی مغز اعمال می شود بدون تأثیر بر فعالیت عصبی از طریق آن عبور می کند. با این حال ، اگر دو میدان در مغز اعمال شود ، در فرکانس های بالا که با مقدار کمی متفاوت از فرکانس هایی است که نورون ها می توانند به آن پاسخ دهند ، با یکدیگر تداخل ایجاد می کنند و یک میدان الکتریکی “پوششی” ایجاد می کند که سلول های درون آن را تحریک می کند.

برای مثال ، اعمال دو میدان مخالف ، با فرکانس 2000 و 2010 هرتز ، یک میدان پاکت نامه با فرکانس 10 هرتز در هر کجا که دو میدان فرکانس بالا از یکدیگر عبور می کنند ، تولید می کند. این در محدوده فرکانسی است که نورون ها به آن واکنش نشان می دهند ، و بنابراین نورون هایی را که در زیر پاکت قرار دارند تحریک می کند تا آتش بگیرند. نیر گروسمن و همکارانش در گروه عصبی مصنوعی بنابراین استدلال کرد که ممکن است بتوان چنین پاکت های میدان الکتریکی با فرکانس پایین را در اعماق مغز ایجاد کرد که باعث تحریک سلولهای عصبی در پاکتها بدون تحریک سلولهای بالا ، که در معرض یکی از میدانهای با فرکانس بالا استفاده شده برای تولید پاکت قرار دارند ، اما نه هر دو.

محققان از رایانه استفاده کردند مدل هایی برای شبیه سازی اثرات تکنیک خود ، و سپس آن را روی موش های بیهوش آزمایش کردند و الکترودهای خود را به سمت هیپوکامپ ، ناحیه ای که در اعماق لوب های گیجگاهی قرار دارد و برای یادگیری و حافظه حیاتی است ، قرار دادند. آنها از body patch clamping استفاده کردند تا نشان دهند که تحریک سلول ها را در سپس مغز حیوانات را تجزیه کرده و از آنتی بادی های دارای برچسب فلورسنت برای تجسم فعالیت c-Fos استفاده کرد ، ژنی به اصطلاح “زودهنگام” که در هنگام شلیک نورون ها به سرعت روشن می شود. این بیان c-Fos را در ناحیه هیپوکامپ مورد هدف الکترودها نشان می دهد ، اما نه در سایر مناطق هیپوکامپ ، یا در مناطق پوشاننده قشر مغز ، تأیید می کند که این روش به طور خاص نورون ها را در قسمت پایین فعال می کند. پاکت میدان الکتریکی فرکانس ایجاد شده در تقاطع دو میدان با فرکانس بالا (تصویر بالا را ببینید). موش های بیدار و سپس مغز حیوانات را با آنتی بادی هایی که به پروتئین هایی که توسط سلول های در حال مرگ سنتز می شوند ، متصل می کنند. آنها همچنین از پروب های دماسنجی که بلافاصله زیر الکترودها قرار گرفته اند برای اندازه گیری دمای مغز در طول عمل استفاده کردند. این نشان داد که این روش چگالی نورونها یا تعداد سلولهای در حال مرگ را تغییر نمی دهد و میدانهای الکتریکی با فرکانس بالا دمای بافت مغز را فراتر از محدوده طبیعی افزایش نمی دهد. همچنین هیچ یک از موش ها در حین یا بعد از اعمال میدان های الکتریکی در مغز خود دچار حبس-یکی دیگر از عوارض DBS تهاجمی-نشدند.

در نهایت ، محققان تنظیمات کوچکی در الکترودهای محرک خود انجام دادند و آنها را به سمت قشر اولیه ، که حرکت داوطلبانه را کنترل می کند ، هدایت کردند. تحریک ناحیه قشر حرکتی چپ همراه با حرکات پنجه جلویی باعث ایجاد حرکت پنجه راست حیوانات می شود ، در حالی که تحریک سایر نواحی قشر حرکتی باعث تکان خوردن گوش ها و سبیل های خاص در طرف مقابل بدن حیوانات می شود.

تکنیک جدید مزایای آشکاری نسبت به تحریک عمیق مغز دارد. همچنین دارای مزایایی نسبت به روشهای تحریک مغزی غیر تهاجمی موجود ، مانند تحریک مغناطیسی بین جمجمه ای (TMS) و تحریک جریان مستقیم جمجمه ای (tDCS) است. نویسنده ارشد اد بویدن . “اهداف اختلالات مانند افسردگی ، آلزایمر ، PTSD ، و غیره ، در اعماق مغز هستند و ممکن است با روش ما به صورت انتخابی تحریک شوند.”

بویدن می افزاید این روش در حال آزمایش بر روی انسان است. او می گوید: “ما قبلاً برخی آزمایشات تحریک انسانی را با داوطلبان سالم عادی آغاز کرده ایم ، اگرچه روزهای اولیه و بسیار اکتشافی است.” ما می توانیم کمک کنیم. ”

مرجع

گروسمن ، N. ، و همکاران <.> (2017). تحریک عمیق غیر تهاجمی مغز از طریق تداخل زمانی میدانهای الکتریکی سلول ، 169 : 1029-41. [ متن کامل ]