Розроблено метод неінвазивної глибокої стимуляції мозку

Американські вчені розробили і успішно випробували на тваринах метод глибокої електростимуляції мозку без імплантації в нього електродів. Результати роботи опубліковані в журналі.

Електростимуляція глибоких структур мозку все частіше знаходить клінічне та експериментальне застосування в терапії хвороби Паркінсона, обсесивно-компульсивного розладу і багатьох інших неврологічних порушень. Зараз вона вимагає імплантації електродів з дротами в певний відділ мозку, що передбачає нейрохірургічне втручання і пов'язане з ризиком ускладнень (наприклад, інфекції, інсульту або зміщення електрода). Для неінвазивної стимуляції застосовують чресчерепну магнітну стимуляцію. Вона підходить для впливу тільки на поверхневі відділи мозку, оскільки стимуляція глибоких структур з її допомогою буде зачіпати всю товщу мозку, що неприйнятно.

В основу розробки неінвазивної глибокої стимуляції мозку співробітниками Массачусетського технологічного інституту (MIT) і Гарвардського університету ліг той факт, що нейрони реагують на електричні сигнали тільки обмеженого діапазону частот, причому частоти ці відносно невеликі. При цьому, за законами фізики, якщо два електричних поля, що незначно відрізняються за частотою, накладаються один на одного, їх інтерференція в області накладення призведе до утворення електричного сигналу з частотою, рівною різниці частот цих полів. Отже, якщо під певними кутами подати на мозок електричні поля з частотами, наприклад, 2000 і 2010 герц (які нейронами не сприймаються), в області їх накладення виникне електричний сигнал з частотою 10 герц, який буде стимулювати нейрони в цій області. Підбираючи напрямки та частоти вихідних полів можна фокусувати стимуляцію на заданій глибокій структурі мозку, не зачіпаючи інші його відділи. Автори назвали цю методику тимчасовою інтерференцією (temporal interference, TI) електричних полів.

Після комп'ютерного моделювання дії методики дослідники випробували її на моделі мозку - пластиковій судині з мережею електродів, зануреній у сольовий розчин. Визначивши оптимальні налаштування полів, вони перейшли до експериментів на тваринах.

Використовуючи TI, вченим вдалося прицільно активувати нейрони гіпокампа, розташованого в товщі півкуль мозку, не впливаючи на інші мозкові структури. На наступній стадії дослідів вони змогли «наводити» TI на різні моторні структури мозку, змінюючи співвідношення сили струму високочастотних електричних полів без переміщення електродів по поверхні голови тварин. Подібною стимуляцією дослідникам вдалося керувати рухами передніх лап, вух і вусів мишей, що знаходяться під наркозом.

Під час випробувань методики не було зареєстровано виражених побічних ефектів, таких як підвищення температури мозку, судоми, а також ознаки запалення, пошкодження ДНК або загибелі клітин в області стимуляції.

На нинішньому етапі розробки прицільна точність стимуляції методом TI нижче, ніж при імплантації електродів. Вчені розраховують підвищити її збільшенням числа інтерферуючих електричних полів. Тим не менш, співробітники MIT вже приступили до випробувань нової методики на здорових добровольцях після отримання схвалення комісією інституту з біоетики.

На думку розробників, метод TI може знайти застосування в терапії багатьох рухових і афективних неврологічних розладів.

Спектр практичних та експериментальних застосувань різних типів стимуляції мозку постійно розширюється. Так, наприклад, з її допомогою вченим вдалося прискорити короткочасну пам'ять здорових людей і поліпшити її у пацієнтів з шизофренією, допомогти людям орієнтуватися у віртуальному лабіринті, відрегулювати рівень статевого потягу і підвищити чесність.