Egérvizsgálat: A kutatók az agy mély stimulációjának nem invazív formáját fejlesztik ki

A Massachusettsi Műszaki Intézet (MIT) kutatói a Beth Israel Deaconess Medical Center-szel (BIDMC) és a svájci IT’IS Alapítvánnyal együttműködve kidolgozták a mély agyi stimuláció nem invazív formáját.

Ez az új megközelítés a mély agyi stimulációt kevésbé kockázatossá, olcsóbbá és hozzáférhetőbbé teheti a Parkinson-kórban és más rendellenességekben szenvedő betegek számára. Ahelyett, hogy műtétet igényelne az elektródák beültetésére az agyba, ez az új módszer úgy működik, hogy elektródákat visz fel a fejbőrre.

Eddig az új megközelítést élő egerekben tanulmányozták, ahol kimutatták, hogy szelektíven stimulálja a mély agyi struktúrákat, anélkül, hogy befolyásolná a felette fekvő régiók sejtjeinek aktivitását. Az eredményeket a folyóiratban teszik közzé Sejt.

„A hagyományos mélyagyi stimuláció megköveteli a koponya kinyitását és egy elektróda beültetését, aminek szövődményei lehetnek. Másodszor, csak kis számú ember végezheti ezt a fajta idegsebészeti beavatkozást. ”- mondja Ed Boyden vezető szerző, a MIT biológiai mérnöki, agy- és kognitív tudományok docense.

A hagyományos mély agyi stimulációt számos Parkinson-kórban szenvedő beteg esetében sikeresen alkalmazták. Néhány kényszerbetegségben szenvedő, epilepsziában és depresszióban szenvedő beteg kezelésére is használták, és jelenleg az autizmus kezelésére használják fel. Az új, nem invazív megközelítés megkönnyítheti a mély agyi stimuláció alkalmazkodását további rendellenességek kezelésére - állítják a kutatók.

"Az agyi struktúrák non-invazív stimulálásának lehetőségével reméljük, hogy segíthetünk új célok felderítésében az agyi rendellenességek kezelésében" - mondja a cikk vezető szerzője, Nir Grossman, az MIT és a BIDMC egykori Wellcome Trust-MIT posztdoktora, aki jelenleg a londoni Imperial College tudományos munkatársa.

A Parkinson-kór kezelésénél az elektródákat tipikusan a subthalamicus magba helyezik, amely egy lencse alakú szerkezet, amely a thalamus alatt helyezkedik el, mélyen az agyban. Kimutatták, hogy az agy ezen régiójába juttatott elektromos impulzusok javítják a betegség számos tünetét, de az elektródok beültetéséhez szükséges műtét kockázatokkal jár, beleértve az agyi vérzést és a fertőzést.

Más kutatók megpróbálták nem invazívan stimulálni az agyat olyan technikákkal, mint a transzkranialis mágneses stimuláció (TMS), amelyet az FDA jóváhagyott a depresszió kezelésére. Mivel a TMS nem invazív, normál emberi alanyokban is alkalmazták a megismerés, az érzelem, az érzés és a mozgás alaptudományának tanulmányozására.

A TMS használata a mély agystruktúrák stimulálásához azonban azt is eredményezheti, hogy a felszíni régiók erősen stimulálódnak, ami több agyhálózat modulációját eredményezi.

Az MIT kutatói kitalálták, hogyan juttassák el az elektromos stimulációt az agy mélyén, a fejbőrre helyezett elektródák segítségével, kihasználva az időbeli interferenciának nevezett jelenséget.

Ehhez a stratégiához két nagyfrekvenciás elektromos áram létrehozása szükséges az agyon kívül elhelyezett elektródák felhasználásával. Ezek a mezők túl gyorsan vezetik az idegsejteket. Ezek az áramok azonban oly módon zavarják egymást, hogy ahol kereszteznek, az agy mélyén az alacsony frekvenciájú áram kis régiója keletkezik az idegsejtekben. Ez az alacsony frekvenciájú áram felhasználható az idegsejtek elektromos aktivitásának vezérlésére, míg a nagyfrekvenciás áram hatás nélkül halad át a környező szöveteken.

Ezen áramok frekvenciájának beállításával és az elektródák számának és helyének megváltoztatásával a kutatók szabályozhatják az alacsony frekvenciájú stimulációt kapó agyszövet méretét és helyét. Megcélozhatják az agy mélyén található helyeket anélkül, hogy befolyásolnák a környező agyi struktúrákat. Az áramok megváltoztatásával az elektródák mozgatása nélkül is irányíthatják a stimuláció helyét. Ily módon mély célpontokat lehet stimulálni, mind a terápiás alkalmazás, mind az alaptudományi vizsgálatok során.

"Lehet menni mély célpontok után, és megkímélni a felette lévő idegsejteket, bár a térbeli felbontás még nem olyan jó, mint a mély agyi stimulációé" - mondja Boyden, aki az MIT Media Lab és a McGovern Agykutató Intézetének tagja.

Li-Huei Tsai, az MIT Picower Tanulási és Memória Intézetének igazgatója és laboratóriumának kutatói egereken tesztelték ezt a technikát, és megállapították, hogy stimulálhatják az agy mélyén található kis régiókat, beleértve a hippokampuszt is. A stimuláció helyét is elmozdíthatták, lehetővé téve számukra, hogy aktiválják a motoros kéreg különböző részeit, és arra ösztönözzék az egereket, hogy mozgassák végtagjaikat, fülüket vagy bajuszukat.

"Megmutattuk, hogy nagyon pontosan megcélozhatunk egy agyi régiót, hogy ne csak idegsejtek aktiválódását, hanem viselkedési reakciókat is kiváltsunk" - mondja Tsai. "Úgy gondolom, hogy nagyon izgalmas, mert a Parkinson-kór és más mozgászavarok úgy tűnik, hogy az agy egy nagyon meghatározott régiójából származnak, és ha ezt meg tudja célozni, akkor megvan a lehetősége annak megfordítására."

Lényeges, hogy az új megközelítés nem aktiválta a kéregben található neuronokat, a koponya elektródái és az agy mélyén található célpont között fekvő régiót. A kutatók az agy egyetlen részén sem találtak káros hatást.

Forrás: Massachusettsi Műszaki Intézet