Ученые разработали новый метод нейромодуляции с помощью микроволн, который позволяет как подавлять, так и стимулировать активность нейронов без имплантации электродов.
Исследователи обнаружили, что микроволны в диапазоне 0,9–3 ГГц могут воздействовать на глубокие структуры мозга, вызывая либо торможение (нетепловой механизм), либо возбуждение (тепловой механизм) нейронов в зависимости от режима излучения. Этот подход открывает перспективы для создания неинвазивных устройств для лечения эпилепсии и хронической боли. Результаты опубликованы в bioRxiv.org.
«Мы показали, что короткие импульсные микроволны подавляют нейроны без нагрева, а непрерывное излучение вызывает их деполяризацию за счет теплового эффекта. При этом для торможения требуется меньшая мощность, чем для стимуляции – это уникальное свойство микроволновой нейромодуляции», – поясняют авторы работы.
Современные методы нейромодуляции (типа глубокой стимуляции мозга, DBS) требуют хирургической имплантации электродов, что сопряжено с рисками инфекций, поломок устройства и необходимостью повторных операций. Альтернативные неинвазивные методы (например, транскраниальная магнитная стимуляция) обладают низкой точностью. Микроволны же сочетают глубокое проникновение в ткань мозга с возможностью локального воздействия.
Ученые создали миниатюрную антенну (MRA), которая усиливает микроволновое поле, позволяя использовать малые мощности и избегать помех при записи нейрональной активности. Эксперименты на культуре нейронов крыс показали: импульсные микроволны (10 Гц) снижали активность нейронов на 20–27% без нагрева. Непрерывные микроволны (1 секунда) вызывали деполяризацию за счет быстрого нагрева, активируя термочувствительные ионные каналы.
Метод может стать основой для беспроводных терапевтических устройств, например, для подавления эпилептических приступов или купирования хронической боли. Кроме того, исследование важно для пересмотра стандартов безопасности, так как доказывает нетепловое воздействие микроволн (например, от смартфонов) на нейроны.
«Следующий шаг – изучение молекулярных механизмов микроволнового торможения и разработка клинических прототипов», — отмечают авторы.
Текст: Полина Ложкина