Gebėjimas neinvaziškai stimuliuoti giliąsias smegenis, nestimuliuojant negilių sričių yra pagrindinis neinvazinės neurostimuliacijos tikslas.
Tyrimas, paskelbtas m Ryšių biologija Carnegie Mellon universiteto mokslininkų sukurtas proveržis supranta naujausios neurostimuliacijos technikos, vadinamos laikinųjų trukdžių (TI) stimuliavimu, neuroninius mechanizmus, kurie, kaip manoma, gali pasiekti šį tikslą. Straipsnyje pateikiamas naujas supratimas apie ląstelėms būdingą TI stimuliacijos poveikį smegenyse, o tai turi didelę įtaką TI stimuliacijos naudojimui smegenų ligoms gydyti.
Transkranijinė elektrinė stimuliacija (TES) dažniausiai naudojama tiksliniams smegenų regionams stimuliuoti neuromoksliniuose tyrimuose ir klinikiniame gydyme. TI stimuliacija yra TES variantas, sujungiantis skirtingus elektrinius dažnius, siekiant pabandyti gauti gilią stimuliaciją nestimuliuojant sekliųjų smegenų. Tyrimas pateikia įrodymų, kad parvalbumino (PV) neuronai aktyvuojami TI stimuliuojant tiek giliose, tiek sekliose smegenyse.
Tačiau sekliose smegenyse PV neuronų slopinamasis poveikis yra stiprus, neleidžiantis aktyvuotis sužadinantiems piramidiniams (Pyr) neuronams. TI stimuliacija sukelia didelį PV neuronų aktyvavimą sekliuose smegenų regionuose ir mažesnį aktyvavimą giliuose regionuose, galbūt leidžiant Pyr neuronams įsižiebti giliuose regionuose. Tai padeda paaiškinti, kodėl Pyr neuronai tiksliniuose giliuose smegenų regionuose aktyvuojasi, o ne tiksliniuose sekliuose regionuose – ne.
Sara Caldas Martinez, mokslų daktarė studentas, studijuojantis biologiją, padarė esminį pastebėjimą. Matuodamas ląstelių membranų potencialą reaguojant į TI stimuliaciją, Martinezas nustatė, kad kai Pyr neuronai yra atjungti nuo likusio neuroninio tinklo, jie nebereaguoja į TI stimuliaciją. Šis atradimas yra reikšmingas, nes jis ištaiso plačiai paplitusią nuomonę, kad neuronai individualiai reaguoja į TI stimuliaciją. Tyrimas rodo, kad TI stimuliacija iš esmės yra tinklo reiškinys.
Šie atradimai yra svarbūs, nes geresnis nervų mechanikos supratimas ir kontrolė gali padėti geriau gydyti tokias ligas kaip depresija, PTSD, OKS, priklausomybė ir piktnaudžiavimo narkotikais sutrikimai.
„Įžvalga, kad laikinųjų trukdžių stimuliavimas pirmiausia yra tinklo, o ne vienos ląstelės vidinių savybių rezultatas, keičia dabartinį mechaninį supratimą ir jo galimus pritaikymus“, – sakė Martinezas. „Tai taip pat atveria duris naujoms galimybėms, ypač mažinant jaudrumą, kuris yra pagrindinis kai kurių neurologinių sutrikimų, pavyzdžiui, tam tikrų autizmo formų, požymis.
Skirtingai nuo kitų procedūrų, TI stimuliacija yra neinvazinė. Tam nereikia įkišti elektrodų į smegenis. Vietoj to, jis naudoja išorinį įrenginį elektros signalams į smegenis siųsti. Elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorius bei Neurologijos instituto (NI) narys Pulkit Grover teigė, kad invazinės procedūros istoriškai davė palankių rezultatų gydant ligas, todėl būtų pageidautina, kad panašių rezultatų būtų pasiekta plačiau taikoma neinvazinė TI stimuliacija.
„Galite padaryti tikrai šaunių dalykų, įskaitant galbūt būklių gydymą, gerindami židinį, selektyvumą ir specifiškumą bei pritaikydami tai pacientui“, – sakė Groveris. „Tačiau apribojimai yra dideli.”
Tyrimas atkreipia dėmesį į TI stimuliacijos apribojimus ir galimą šalutinį poveikį, įskaitant didelį polinkį į seklią smegenų stimuliaciją.
Šis tyrimas buvo tarpdisciplininis Groverio ir biologijos profesoriaus bei NI narės Alison Barth bendradarbiavimas.
„Neinvazinė smegenų stimuliacija daug žada sukelti smegenų plastiškumą, tačiau be mechaninio supratimo, kaip ji veikia, buvo sunku ją išbandyti. Šis tyrimas nustato neuroninį jos poveikio pagrindą”, – paaiškino Barthas.
„Tikrai įdomu matyti, kad naudojant šią techniką galime slopinti nervų veiklą. Dabar galime pradėti sunkų darbą tirdami klinikinius smegenų sutrikimų, tokių kaip epilepsija, lėtinis skausmas ir net kai kurios depresijos formos, pritaikymą.”
„Svarbu gilintis į mechanizmus, kodėl kažkas veikia. Sužinojau, kad klydau dėl to, kodėl TI stimuliacija veikė ir kaip ją galima panaudoti”, – sakė Groveris. „Darbas atskleidžia TI stimuliacijos apribojimus ir šalutinį poveikį, bet taip pat gali įkvėpti alternatyvius metodus neinvazinės gilios smegenų stimuliacijos problemai spręsti.”