Studiul mouse-ului: Cercetătorii concep o formă neinvazivă de stimulare a creierului profund

Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT), în colaborare cu Centrul Medical Beth Israel Deaconess (BIDMC) și Fundația IT’IS din Elveția, au conceput o formă neinvazivă de stimulare profundă a creierului.

Această nouă abordare ar putea face stimularea creierului profund mai puțin riscantă, mai puțin costisitoare și mai accesibilă pacienților cu boala Parkinson și alte tulburări. În loc să necesite o intervenție chirurgicală pentru a implanta electrozi în creier, această nouă metodă funcționează prin aplicarea de electrozi pe scalp.

Până în prezent, noua abordare a fost studiată la șoareci vii, unde s-a demonstrat că stimulează selectiv structurile cerebrale profunde, fără a afecta activitatea celulelor din regiunile suprapuse. Constatările sunt publicate în jurnal Cell.

Stimularea traditionala a creierului profund necesita deschiderea craniului si implantarea unui electrod, care poate avea complicatii. În al doilea rând, doar un număr mic de oameni pot face acest tip de neurochirurgie ”, spune autorul principal Ed Boyden, profesor asociat de inginerie biologică și creier și științe cognitive la MIT.

Stimularea tradițională profundă a creierului a fost utilizată cu succes la mulți pacienți cu boala Parkinson. De asemenea, a fost utilizat pentru tratarea unor pacienți cu tulburare obsesiv-compulsivă, epilepsie și depresie și este în prezent explorat ca tratament pentru autism. Noua abordare neinvazivă ar putea face mai ușoară adaptarea stimulării cerebrale profunde pentru a trata tulburări suplimentare, spun cercetătorii.

„Cu capacitatea de a stimula structurile cerebrale neinvaziv, sperăm că putem ajuta la descoperirea de noi ținte pentru tratarea tulburărilor cerebrale”, spune autorul principal al lucrării, Nir Grossman, fost post-doctorat Wellcome Trust-MIT, care lucrează la MIT și BIDMC, care este acum cercetător la Imperial College London.

Când se tratează boala Parkinson, electrozii sunt de obicei plasați în nucleul subtalamic, o structură în formă de lentilă situată sub talamus, adânc în creier. S-a dovedit că impulsurile electrice livrate în această regiune a creierului îmbunătățesc multe simptome ale bolii, dar operația necesară pentru implantarea electrozilor prezintă riscuri, inclusiv hemoragii cerebrale și infecții.

Alți cercetători au încercat să stimuleze neinvaziv creierul folosind tehnici precum stimularea magnetică transcraniană (TMS), care este aprobată de FDA pentru tratarea depresiei. Deoarece TMS este neinvaziv, a fost folosit și la subiecții umani normali pentru a studia știința de bază a cunoașterii, emoției, senzației și mișcării.

Cu toate acestea, utilizarea TMS pentru a stimula structurile cerebrale profunde poate duce și la stimularea puternică a regiunilor de suprafață, rezultând modularea mai multor rețele cerebrale.

Cercetătorii MIT și-au dat seama cum să furnizeze stimulare electrică adânc în creier, prin intermediul electrozilor așezați pe scalp, profitând de un fenomen cunoscut sub numele de interferență temporală.

Această strategie necesită generarea a doi curenți electrici de înaltă frecvență folosind electrozi plasați în afara creierului. Aceste câmpuri sunt prea rapide pentru a conduce neuronii. Cu toate acestea, acești curenți interferează între ei în așa fel încât acolo unde se intersectează, adânc în creier, o mică regiune de curent de joasă frecvență este generată în interiorul neuronilor. Acest curent de joasă frecvență poate fi utilizat pentru a conduce activitatea electrică a neuronilor, în timp ce curentul de înaltă frecvență trece prin țesutul înconjurător fără efect.

Prin reglarea frecvenței acestor curenți și schimbarea numărului și locației electrozilor, cercetătorii pot controla dimensiunea și locația țesutului cerebral care primește stimularea cu frecvență joasă. Ele pot viza locații adânc în creier fără a afecta niciuna dintre structurile creierului înconjurător. De asemenea, pot direcționa locul de stimulare, fără a mișca electrozii, prin modificarea curenților. În acest fel, obiectivele profunde ar putea fi stimulate, atât pentru utilizarea terapeutică, cât și pentru investigațiile științifice de bază.

„Puteți alege ținte profunde și economisi neuronii care stau la suprafață, deși rezoluția spațială nu este încă la fel de bună ca cea a stimulării cerebrale profunde”, spune Boyden, care este membru al Media Lab al MIT și al Institutului McGovern pentru Cercetarea Creierului.

Li-Huei Tsai, directorul Institutului Picower pentru învățare și memorie al MIT, și cercetătorii din laboratorul ei au testat această tehnică la șoareci și au descoperit că ar putea stimula regiuni mici în adâncul creierului, inclusiv hipocampul. De asemenea, au fost capabili să schimbe locul stimulării, permițându-le să activeze diferite părți ale cortexului motor și să îi determine pe șoareci să își miște membrele, urechile sau mustățile.

„Am arătat că putem viza foarte precis o regiune a creierului pentru a provoca nu doar activarea neuronală, ci și răspunsuri comportamentale”, spune Tsai. „Cred că este foarte interesant, deoarece boala Parkinson și alte tulburări de mișcare par să provină dintr-o anumită regiune a creierului și, dacă poți viza asta, ai potențialul de a o inversa”.

În mod semnificativ, noua abordare nu a activat neuronii din cortex, regiunea situată între electrozii de pe craniu și ținta adânc în interiorul creierului. De asemenea, cercetătorii nu au găsit efecte dăunătoare în nicio parte a creierului.

Sursa: Institutul de Tehnologie din Massachusetts