Теперь исследователи Массачусетского технологического института в сотрудничестве с исследователями из Медицинского центра диаконис Бет Исраэль (BIDMC) и IT’IS Foundation придумали способ стимулировать области глубоко внутри мозга с помощью электродов, помещенных на кожу головы. Такой подход может сделать глубокую стимуляцию мозга неинвазивным, менее рискованным, менее дорогим и более доступным для пациентов.«Традиционная глубокая стимуляция мозга требует вскрытия черепа и имплантации электрода, что может вызвать осложнения. Во-вторых, только небольшое количество людей может выполнять такую нейрохирургию», — говорит Эд Бойден, доцент кафедры биологической инженерии, мозга и когнитивных наук. в Массачусетском технологическом институте, и старший автор исследования, опубликованного в номере Cell.
Врачи также используют глубокую стимуляцию мозга для лечения некоторых пациентов с обсессивно-компульсивным расстройством, эпилепсией и депрессией и изучают возможность ее использования для лечения других состояний, таких как аутизм. По словам исследователей, новый неинвазивный подход может облегчить адаптацию глубокой стимуляции мозга для лечения дополнительных заболеваний.«Благодаря способности неинвазивно стимулировать структуры мозга, мы надеемся, что сможем помочь в открытии новых целей для лечения заболеваний мозга», — говорит ведущий автор статьи Нир Гроссман, бывший постдок Wellcome Trust-MIT, работающий в MIT и BIDMC, а сейчас научный сотрудник Имперского колледжа Лондона.
Глубокие локацииЭлектроды для лечения болезни Паркинсона обычно помещают в субталамическое ядро, линзовидную структуру, расположенную под таламусом, глубоко внутри мозга. Для многих пациентов с болезнью Паркинсона доставка электрических импульсов в эту область мозга может улучшить симптомы, но операция по имплантации электродов сопряжена с риском, включая кровоизлияние в мозг и инфекцию.
Другие исследователи пытались неинвазивно стимулировать мозг, используя такие методы, как транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), которая одобрена FDA для лечения депрессии. Поскольку ТМС неинвазивна, она также использовалась на нормальных людях для изучения фундаментальных наук о познании, эмоциях, ощущениях и движениях. Однако использование ТМС для стимуляции глубоких структур мозга также может привести к сильной стимуляции поверхностных областей, что приведет к модуляции множества мозговых сетей.Команда Массачусетского технологического института разработала способ доставки электрической стимуляции глубоко в мозг с помощью электродов, размещенных на коже черепа, воспользовавшись феноменом, известным как временная интерференция.
Эта стратегия требует генерации двух высокочастотных электрических токов с помощью электродов, расположенных вне мозга. Эти поля слишком быстры, чтобы управлять нейронами. Однако эти токи интерферируют друг с другом таким образом, что там, где они пересекаются, глубоко в мозгу, внутри нейронов генерируется небольшая область низкочастотного тока.
Этот низкочастотный ток можно использовать для управления электрической активностью нейронов, в то время как высокочастотный ток проходит через окружающие ткани без какого-либо эффекта.Настраивая частоту этих токов и изменяя количество и расположение электродов, исследователи могут контролировать размер и расположение ткани мозга, которая получает низкочастотную стимуляцию.
Они могут нацеливаться на участки глубоко внутри мозга, не затрагивая ни одну из окружающих структур мозга. Они также могут управлять местом стимуляции, не перемещая электроды, изменяя токи. Таким образом, можно было бы стимулировать глубокие цели как для терапевтического использования, так и для фундаментальных научных исследований.«Вы можете работать с глубокими целями и пощадить вышележащие нейроны, хотя пространственное разрешение еще не так хорошо, как у глубокой стимуляции мозга», — говорит Бойден, член Media Lab Массачусетского технологического института и Института исследований мозга Макговерна.
Целенаправленная стимуляцияЛи-Хуэй Цай, директор Института обучения и памяти Пикауэра Массачусетского технологического института, и исследователи в ее лаборатории протестировали эту технику на мышах и обнаружили, что они могут стимулировать небольшие области в глубине мозга, включая гиппокамп. Они также смогли сместить место стимуляции, что позволило им активировать различные части моторной коры и побудить мышей двигать конечностями, ушами или усами.«Мы показали, что можем очень точно нацелить область мозга, чтобы вызвать не только активацию нейронов, но и поведенческие реакции», — говорит Цай, автор статьи. «Я думаю, это очень захватывающе, потому что болезнь Паркинсона и другие двигательные расстройства, кажется, происходят из очень специфической области мозга, и если вы сможете нацелить ее, у вас есть возможность обратить ее вспять».
Примечательно, что в экспериментах на гиппокампе этот метод не активировал нейроны коры головного мозга, области, лежащей между электродами на черепе и целью глубоко внутри мозга. Исследователи также не обнаружили вредных эффектов ни в одной части мозга.В прошлом году Цай показал, что использование света для визуального возбуждения мозговых волн определенной частоты может существенно уменьшить бета-амилоидные бляшки, наблюдаемые при болезни Альцгеймера в мозге мышей.
Теперь она планирует изучить, может ли этот тип электрической стимуляции предложить новый способ генерировать тот же тип полезных мозговых волн.