Az agyi vizsgálatok a terápiás agyi stimuláció hatásait mutatják be

Csodálatos új kutatás a klinikusok számára vizuális bizonyítékot szolgáltat az agyi hálózatokról, és arról, hogy az agy elektromos stimulációja hogyan képes helyreállítani vagy stimulálni az adott agyi régiókat.

Megalapozott, hogy az agy stimulálása villamos energiával vagy más eszközökkel segíthet a különféle neurológiai és pszichiátriai rendellenességek tüneteinek enyhítésében. A klinikai gyakorlatok gyakran használják az epilepsziától a depresszióig terjedő állapotok kezelésére szolgáló megközelítést.

De mi történik valójában, ha az orvosok elcseszték az agyat?

Kevéssé ismert arról, hogy mitől hatékony ez a technika, illetve hogy az agy mely területeire kell célozni a különböző betegségek kezelésére.

A Pennsylvaniai Egyetem és a Buffaloi Egyetem által vezetett új tanulmány előrelépést jelent e hiányosságok pótlásában. A kutatás leírja, hogy az agy egyetlen régiójának stimulálása hogyan befolyásolja más régiók aktivációját és az agyon belüli nagymértékű aktivitást.

"Nincs megfelelő megértésünk az agyi stimuláció hatásairól" - mondta az első szerző, Sarah Muldoon, Ph.D., a Buffaloi Egyetem matematika-adjunktusa

„Ha egy orvosnak van egy bizonyos rendellenességben szenvedő páciense, hogyan tudja eldönteni, hogy az agy mely részeit stimulálja? Vizsgálatunk egy lépés annak jobb megértése felé, hogy az agykapcsolat hogyan tudja jobban megalapozni ezeket a döntéseket. "

„Ha megnézzük az agy felépítését, úgy tűnik, hogy ez egy összekapcsolt régiók hálózata, amely bonyolult módon kölcsönhatásba lép egymással. A kérdés, amelyet ebben a tanulmányban feltettünk, az volt, hogy az agy mekkora része aktiválódik egyetlen régió stimulálásával.

"Megállapítottuk, hogy egyes régiók képesek stimulálni az agyat nagyon könnyen különböző állapotokba, míg más régiók kevésbé hatnak" - mondta Danielle S. Bassett, Ph.D., a biomérnöki docens a Pennsylvaniai Egyetem Műszaki és Alkalmazott Tudományi Iskolája.

A kutatást a kognitív idegtudós, Jean M. Vettel, a hadsereg kutató laboratóriumának együttműködésével végezték; Fabio Pasqualetti kontroll teoretikus a Riverside-i Kaliforniai Egyetemen; Scott T. Grafton, MD, és Matthew Cieslak, a Kaliforniai Egyetem, Santa Barbara; és Shi Gu a Pennsylvaniai Egyetem Pszichiátriai Tanszékén.

A tanulmány megjelent PLOS Számítási Biológia, számítási modell segítségével szimulálta az agy aktivitását nyolc olyan személynél, akiknek agyi architektúráját a diffúziós spektrum képalkotásából származó adatok felhasználásával térképezték fel. Ez a képalkotó technika létrehoz egyfajta agyképet, amelyet MRI szkenner készít.

A kutatók megvizsgálták az egyes alanyok agyának 83 régiójának stimulálásának hatását. Míg az eredmények személyenként változtak, közös tendenciák alakultak ki.

A hálózati hubok - az agy olyan területei, amelyek az agy fehér anyagán keresztül erősen kapcsolódnak az agy más részeihez - megmutatták, amit a kutatók „magas funkcionális hatásnak” neveznek. Felfedezték, hogy ezeknek a régióknak az stimulálása számos agyi régió globális aktiválódását eredményezte.

Ez a hatás különösen figyelemre méltó volt az agy két alhálózatában, amelyekről ismert, hogy több regionális hubot tartalmaznak.

A területek közé tartozik a szubkortikális hálózat (amely régiókból áll, amelyek viszonylag korán fejlődtek ki és kritikusak az érzelemfeldolgozás szempontjából) és az alapértelmezett módú hálózat (amely később kialakult régiókból áll, és kritikus az önreferenciális feldolgozáshoz, amikor egy személy nyugalmi állapotban van, vagy nem teljesít semmilyen feladatot).

A szubkortikális hálózat régióinak stimulálása globális változásokhoz vezetett, amelyekben az alany agyán belül sokféle terület világított meg.

A régiók ösztönzése az alapértelmezett módú hálózatban szintén rengeteg új agyállapothoz vezetett, bár az aktiválódási mintákat az agy mögöttes architektúrája - a hálózat csomópontjai és az agy más részei közötti fehérállomány-kapcsolatok - korlátozta.

E korlátozás ellenére a hálózat mozgékonysága alátámasztja azt az elképzelést, hogy a "nyugalmi állapotban lévő" agy alkalmas arra, hogy gyorsan átálljon egy sor új állapotba, amelyek konkrét feladatok elvégzésére irányulnak.

Az alapértelmezett módú hálózaton és a kérgi szubkortikális hálózatokon belül a gyengébben összekapcsolt területek, például az érzékszervi és az asszociációs kéregben, korlátozottabban hatottak az agytevékenységre, amikor aktiválódtak.

Ezek a minták azt sugallják, hogy az orvosok kétféle terápiát folytathatnak, amikor az agyi stimulációról van szó: egy „széles visszaállításról”, amely megváltoztatja a globális agydinamikát, vagy célzottabb megközelítésről, amely csak néhány régió dinamikájára összpontosít.

A tanulmány megerősíti Bassett és mások korábbi kutatásainak eredményeit az agy strukturális hálóinak irányíthatóságáról. A korábbi munkával ellentétben, amely lineáris modellezést használt az eredmények elérésére, az új tanulmány nemlineáris modelleket alkalmazott, amelyek pontosabban tükrözik az agy komplex tevékenységét - mondta Muldoon.

Forrás: Buffalo Egyetem