Scanările cerebrale arată efectele stimulării terapeutice a creierului

Noi cercetări uimitoare oferă clinicienilor dovezi vizuale ale rețelelor creierului și modul în care stimularea electrică a creierului ajută la resetarea sau stimularea anumitor regiuni ale creierului.

Este bine stabilit că stimularea creierului prin electricitate sau alte mijloace poate ajuta la ameliorarea simptomelor diferitelor tulburări neurologice și psihiatrice. Practici clinice folosesc adesea abordarea pentru a trata afecțiuni care variază de la epilepsie la depresie.

Dar ce se întâmplă cu adevărat atunci când medicii fac creierul?

Se știe puțin despre ceea ce face ca această tehnică să fie eficientă sau despre ce zone ale creierului ar trebui să fie vizate pentru a trata diferite boli.

Un nou studiu condus de Universitatea din Pennsylvania și Universitatea din Buffalo marchează un pas înainte în umplerea acestor lacune în cunoștințe. Cercetarea descrie modul în care stimularea unei singure regiuni a creierului afectează activarea altor regiuni și activitatea pe scară largă în creier.

„Nu avem o bună înțelegere a efectelor stimulării creierului”, a spus prima autoră Sarah Muldoon, Ph.D., profesor asistent de matematică la Universitatea din Buffalo

„Când un clinician are un pacient cu o anumită tulburare, cum pot decide ce părți ale creierului să stimuleze? Studiul nostru este un pas către o mai bună înțelegere a modului în care conectivitatea creierului poate informa mai bine aceste decizii. ”

„Dacă te uiți la arhitectura creierului, acesta pare a fi o rețea de regiuni interconectate care interacționează între ele în moduri complicate. Întrebarea pe care am pus-o în acest studiu a fost cât de mult din creier este activat prin stimularea unei singure regiuni.

„Am descoperit că unele regiuni au capacitatea de a conduce creierul într-o varietate de stări foarte ușor atunci când sunt stimulate, în timp ce alte regiuni au un efect mai redus”, a declarat Danielle S. Bassett, Ph.D., profesor asociat de bioinginerie în Universitatea din Pennsylvania Scoala de Inginerie si Stiinta Aplicata.

Cercetarea a fost efectuată în colaborare cu neurologul cognitiv Jean M. Vettel, doctorat, al Laboratorului de Cercetare al Armatei; teoreticianul controlului Fabio Pasqualetti de la Universitatea din California, Riverside; Scott T. Grafton, M.D., și Matthew Cieslak de la Universitatea din California, Santa Barbara; și Shi Gu de la Universitatea din Pennsylvania Departamentul de Psihiatrie.

Studiul, publicat în PLOS Computational Biology, a folosit un model de calcul pentru a simula activitatea creierului la opt persoane a căror arhitectură cerebrală a fost cartografiată folosind date derivate din imagistica cu spectru de difuzie. Această tehnică imagistică creează un tip de imagine a creierului realizată de un scaner RMN.

Cercetătorii au examinat impactul stimulării fiecăreia dintre cele 83 de regiuni din creierul fiecărui subiect. În timp ce rezultatele variază în funcție de persoană, au apărut tendințe comune.

Centrele de rețea - zone ale creierului care sunt puternic conectate la alte părți ale creierului prin substanța albă a creierului - afișau ceea ce cercetătorii numesc „efect funcțional ridicat”. Au descoperit că stimularea acestor regiuni a dus la activarea globală a multor regiuni ale creierului.

Acest efect a fost deosebit de notabil în două subrețele ale creierului despre care se știe că conțin mai multe hub-uri regionale.

Zonele includ rețeaua subcorticală (care este compusă din regiuni care au evoluat relativ devreme și sunt critice pentru procesarea emoțiilor) și rețeaua de mod implicit (care este compusă din regiuni care au evoluat ulterior și sunt critice pentru procesarea auto-referențială atunci când o persoană este în repaus sau care nu îndeplinește nicio sarcină).

Regiunile stimulatoare din rețeaua subcorticală au culminat cu schimbări globale, în care s-a luminat o diversitate de zone din creierul unui subiect.

Regiunile de stimulare din rețeaua de mod implicit au dus, de asemenea, cu ușurință la o mulțime de noi stări ale creierului, deși tiparele de activare au fost constrânse de arhitectura subiacentă a creierului - de legăturile de substanță albă dintre nodurile rețelei și alte părți ale creierului.

În ciuda acestei limitări, agilitatea rețelei susține ideea că creierul „în repaus” este potrivit pentru a trece rapid într-o serie de stări noi orientate spre îndeplinirea sarcinilor specifice.

Spre deosebire de regiunile din rețeaua de mod implicit și rețelele subcorticale, zonele mai slab conectate, cum ar fi în cortexul senzorial și de asociere, au avut un efect mai limitat asupra activității creierului atunci când sunt activate.

Aceste tipare sugerează că medicii ar putea urmări două clase de terapii atunci când vine vorba de stimularea creierului: o „resetare largă” care modifică dinamica creierului global sau o abordare mai direcționată care se concentrează pe dinamica a doar câteva regiuni.

Studiul confirmă rezultatele cercetărilor anterioare efectuate de Bassett și alții cu privire la controlabilitatea rețelelor structurale ale creierului. Spre deosebire de lucrările anterioare care foloseau modelarea liniară pentru a ajunge la rezultate, noul studiu a folosit modele neliniare care reflectă mai exact activitatea complexă a creierului, a spus Muldoon.

Sursa: Universitatea din Buffalo