Hiire uuring: teadlased töötavad välja aju sügava stimulatsiooni mitteinvasiivse vormi
Massachusettsi tehnoloogiainstituudi (MIT) teadlased on koostöös Beth Israel Deaconessi meditsiinikeskuse (BIDMC) ja Šveitsis asuva IT’IS-i sihtasutusega välja töötanud aju sügava stimulatsiooni mitteinvasiivse vormi.
See uus lähenemisviis võib muuta sügava aju stimulatsiooni vähem riskantseks, odavamaks ja Parkinsoni tõve ja muude häiretega patsientidele kättesaadavamaks. Selle asemel, et vajada operatsiooni aju sees olevate elektroodide implanteerimiseks, töötab see uus meetod elektroodide kandmisega peanahale.
Siiani on uut lähenemist uuritud elus hiirtel, kus näidati, et see stimuleerib selektiivselt aju sügavaid struktuure, mõjutamata rakkude aktiivsust ülalpool asuvates piirkondades. Tulemused avaldatakse ajakirjas Kamber.
“Traditsiooniline sügav aju stimulatsioon nõuab kolju avamist ja elektroodi implanteerimist, mis võib põhjustada komplikatsioone. Teiseks saab sellist neurokirurgiat teha ainult väike arv inimesi, ”ütleb vanemautor Ed Boyden, MITi bioloogiatehnoloogia ning aju- ja kognitiivteaduste dotsent.
Traditsioonilist sügavat aju stimulatsiooni on edukalt kasutatud paljudel Parkinsoni tõvega patsientidel. Seda on kasutatud ka mõnede obsessiiv-kompulsiivse häire, epilepsia ja depressiooniga patsientide raviks ning praegu uuritakse seda autismi ravina. Teadlaste sõnul võib uus mitteinvasiivne lähenemine hõlbustada sügava aju stimulatsiooni kohandamist täiendavate häirete raviks.
"Võimega aju struktuure mitteinvasiivselt stimuleerida, loodame, et aitame avastada uusi eesmärke ajukahjustuste raviks," ütleb artikli juhtiv autor Nir Grossman, endine Wellcome Trust-MIT järeldoktor, kes töötab MIT-is ja BIDMC-s. on nüüd Londoni Imperial College'i teadur.
Parkinsoni tõve ravimisel paigutatakse elektroodid tavaliselt subtaalamuse tuumasse, läätsekujulisse struktuuri, mis asub taalamuse all, sügaval ajus. On näidatud, et sellesse aju piirkonda toimetatud elektriimpulsid parandavad paljusid haiguse sümptomeid, kuid elektroodide implanteerimiseks vajalik operatsioon kätkeb endas riske, sealhulgas aju verejooks ja infektsioon.
Teised teadlased on proovinud aju mitteinvasiivselt stimuleerida, kasutades selliseid tehnikaid nagu transkraniaalne magnetiline stimulatsioon (TMS), mis on FDA poolt heaks kiidetud depressiooni raviks. Kuna TMS ei ole invasiivne, on seda ka tavalistel inimestel kasutatud tunnetuse, emotsioonide, aistingute ja liikumise põhiteaduste uurimiseks.
Kuid TMS-i kasutamine aju sügavate struktuuride stimuleerimiseks võib põhjustada ka pinnapiirkondade tugevat stimuleerimist, mille tulemuseks on mitme ajuvõrgu moduleerimine.
MIT-i teadlased mõtlesid välja, kuidas anda peanahale asetatud elektroodide kaudu sügavale ajusse elektriline stimulatsioon, kasutades ära nähtust, mida tuntakse ajalise häirena.
Selle strateegia jaoks on vaja genereerida kaks kõrgsageduslikku elektrivoolu, kasutades ajust väljapoole paigutatud elektroode. Need väljad on neuronite juhtimiseks liiga kiired. Kuid need voolud segavad üksteist nii, et nende ristumiskohas, sügaval ajus, tekib neuronites väike madalsagedusliku voolu piirkond. Seda madalsageduslikku voolu saab kasutada neuronite elektrilise aktiivsuse juhtimiseks, samal ajal kui kõrgsageduslik vool läbib ümbritsevat koe ilma igasuguse toimeta.
Nende voogude sageduse häälestamise ning elektroodide arvu ja asukoha muutmise abil saavad teadlased kontrollida madalsagedusliku stimulatsiooni vastuvõtva ajukoe suurust ja asukohta. Nad saavad sihtida aju sügaval asuvaid kohti, mõjutamata ühtegi ümbritsevat aju struktuuri. Samuti saavad nad voolude muutmisega juhtida stimulatsiooni asukohta, ilma elektroode liigutamata. Sel viisil saaks stimuleerida sügavaid sihtmärke nii terapeutiliseks kasutamiseks kui ka teaduse põhiuuringuteks.
"Võite minna sügavate sihtmärkide järele ja varjutada peal asuvaid neuroneid, kuigi ruumiline eraldusvõime pole veel nii hea kui sügava aju stimulatsiooni oma," ütleb Boyden, kes on MIT-i meedialabori ja McGovernani ajuuuringute instituudi liige.
MITi Picoweri õppe- ja mäluinstituudi direktor Li-Huei Tsai ja tema labori teadlased katsetasid seda tehnikat hiirtel ja leidsid, et need võivad stimuleerida sügavaid aju siseseid väikeseid piirkondi, sealhulgas hipokampust. Nad suutsid ka stimuleerimiskohta nihutada, võimaldades neil aktiveerida motoorse korteksi erinevaid osi ja ajendada hiiri jäsemeid, kõrvu või vuntse liigutama.
"Näitasime, et suudame ajupiirkonna väga täpselt sihtida, et mitte ainult neuronite aktiveerimine, vaid ka käitumuslikud reaktsioonid esile kutsuda," ütleb Tsai. "Ma arvan, et see on väga põnev, sest Parkinsoni tõbi ja muud liikumishäired näivad pärinevat väga konkreetsest ajupiirkonnast ja kui suudate selle sihtida, on teil võimalus seda ümber pöörata."
On märkimisväärne, et uus lähenemisviis ei aktiveerinud ajukoores asuvaid neuroneid, kolju elektroodide vahel asuvat piirkonda ja aju sügaval asuvat sihtmärki. Teadlased ei leidnud ühtegi ajuosa kahjulikku mõju.
Allikas: Massachusettsi tehnoloogiainstituut
