Неинвазивная, но глубокая стимуляция: новый прорыв?

Электрическая стимуляция зон, участвующих в управлении движением – успешный метод терапии болезни Паркинсона. Но этот подход требовал имплантации в мозг пациента электродов – сложной процедуры с определенными рисками (мы подробно писали об этом методе в цикле материалов, посвящённых болезни Паркинсона).

Исследователи сделали новый шаг в терапии пациентов с нейродегенеративными заболеваниями и в развитии неинвазивной стимуляции мозга. Они опробовали способ стимуляции областей глубоко внутри мозга через электроды, помещаемые на кожу головы. Новый подход может сделать глубокую стимуляцию неинвазивной , менее рискованной, менее дорогостоящей и более доступной для пациентов. Работа опубликована в Cell.

неинвазивная, но глубокая стимуляция
Нижнее изображение, светло-зеленая область слева — клетки гиппокампа мыши, которые были активированы с помощью нового метода стимуляции

Электроды для лечения болезни Паркинсона, как правило, размещаются в субталамическом ядре – структуре, расположенной под таламусом глубоко внутри мозга. Электростимуляция этой области может улучшить состояние многих пациентов, но и операция по имплантации электродов несет в себе риски, в том числе — кровоизлияние в мозг и инфекции.

Команда из Массачусетского технологического института в сотрудничестве с исследователями медицинского центра Диакониссы Бет Израель (Beth Israel Deaconess Medical Center, BIDMC) и фонда IT’IS разработала способ неинвазивной электрической стимуляции областей глубоко внутри мозга через электроды, помещаемые на кожу головы, благодаря очень красивой физике процесса.  В методе электроды, расположенные за пределами мозга, генерируют два высокочастотных электрических поля, частоты которых различаются лишь на очень небольшую величину (в эксперименте на мышах авторы применяли поля с частотой колебаний 2,01 КГц и 2 КГц ровно). Суть в том, что столь высокочастотные поля не оказывают никакого стимулирующего эффекта на нейроны, которым для стимуляции нужны частоты на два порядка меньше.

И здесь на помощь приходит явление интерференции. Два этих близких по частоте поля перекрываются глубоко в мозге, их частоты со сдвигом накладываются друг на друга и взаимно вычитаются. Так в этой области возникает низкочастотное поле, стимулирующее только нейроны в области перекрытия. Согласитесь, некое подобие (по принципу получения рабочей зоны перекрытием нескольких лучей или полей, не влияющих на мозг) гамма-ножа. Получившееся поле стимулирует активность нейронов, в то время как ток высокой частоты проходит через окружающие ткани при отсутствии эффекта.

Меняя частоту тока, количество и расположение электродов, ученые могут контролировать размер и расположение области головного мозга, которая получит низкочастотную стимуляцию. Они могут настраиваться на места в глубине мозга, не затрагивая окружающие структуры. А также регулировать расположение без перемещения электродов, просто изменяя частоту тока. Таким образом можно стимулировать участки мозга как в терапии, так и  для научных исследований.

неинвазивная, но глубокая стимуляция
Принцип нового метода и схема эксперимента

Исследователи протестировали этот метод на мышах и обнаружили, что могут стимулировать небольшие области в глубине мозга, включая гиппокамп. Они также были в состоянии переместить место стимуляции, что позволяет им активировать разные участки моторной коры и побудить мышь переместить свои конечности, уши или усы.

«Я предполагаю, что эта технология может стать портативной для неинвазивной глубокой стимуляции мозга в качестве терапии. Если работа может быть осуществлена на более крупных животных, чем мыши, я буду еще более оптимистичен”, — заявил Типу Азиз (Tipu Aziz), профессор нейрохирургии в Оксфордском университете, который не был вовлечен в исследование.

Примечательно, что в экспериментах на гиппокампе мыши метод вообще не затронул нейроны в коре головного мозга — области, лежащей между электродами на черепе и цели глубоко внутри мозга. Исследователи также не обнаружили никаких вредных воздействий ни в одной части головного мозга.

Врачи также предполагают использовать свой метод для лечения некоторых пациентов с обсессивно-компульсивным расстройством, эпилепсией и депрессией, и изучают возможность ее использования для лечения других заболеваний – например, аутизма. Благодаря новому неинвазивному подходу, возможно, будет легче адаптировать глубокую стимуляцию мозга для лечения многих неврологических заболеваний.

Текст: Любовь Пушкарская

Ссылка на источник