Uderzanie w cel za pomocą nieinwazyjnej głębokiej stymulacji mózgu: potencjalne leczenie uzależnień, depresji i zaburzeń obsesyjno-kompulsywnych

W szybko rozwijającej się dziedzinie neurologii nieinwazyjna stymulacja mózgu daje nową nadzieję na zrozumienie i leczenie niezliczonych schorzeń neurologicznych i psychiatrycznych bez interwencji chirurgicznej lub implantów. Naukowcy, pod kierownictwem Friedhelma Hummela, który kieruje katedrą Devicića ds. Neuroinżynierii Klinicznej na Wydziale Nauk Przyrodniczych École Federale des Arts de Lausanne, oraz Pierre’a Vassiliadisa, badacza ze stopniem doktora, są pionierami nowego podejścia w tej dziedzinie, otwierając granice w leczeniu takich schorzeń jak uzależnienia i depresja.

Ich badania, w których wykorzystuje się przezczaszkową interferometryczną interferometryczną stymulację elektryczną (tTIS), skupiają się szczególnie na głębokich obszarach mózgu, które stanowią centra kontrolne wielu ważnych funkcji poznawczych i są zaangażowane w różne choroby neurologiczne i psychiatryczne. Badania opublikowane w Natura ludzkich zachowań, Podkreśla interdyscyplinarne podejście, które integruje medycynę, neuronaukę, informatykę i inżynierię, aby poprawić nasze zrozumienie mózgu i opracować metody leczenia, które mogą zmienić życie.

„Głęboka stymulacja mózgu (DBS) została już z powodzeniem zastosowana w ośrodkach głębokiej kontroli neuronów w celu ograniczenia uzależnienia i leczenia choroby Parkinsona, zaburzeń obsesyjno-kompulsywnych lub depresji” – mówi Hamill. „Główna różnica w naszym podejściu polega na tym, że jest ono nieinwazyjne, co oznacza, że ​​w celu nakierowania tych obszarów na skórę głowy stosujemy stymulację elektryczną niskiego poziomu”.

Główny autor artykułu, Vasiliadis, lekarz ze wspólnym doktoratem, opisuje tTIS jako metodę wykorzystującą dwie pary elektrod przymocowanych do skóry głowy w celu wytworzenia słabych pól elektrycznych w mózgu. „Do tej pory nie byliśmy w stanie ukierunkować leczenia na te obszary za pomocą technik niechirurgicznych, ponieważ pola elektryczne o niskim natężeniu stymulowałyby wszystkie obszary między czaszką a głębokimi obszarami, co czyniłoby wszelkie zabiegi nieskutecznymi. Takie podejście pozwala nam na selektywne leczenie leczyć te obszary.” Głęboka materia mózgu, która jest ważna w zaburzeniach neuropsychiatrycznych.

Ta innowacyjna technologia opiera się na koncepcji nakładania się czasowego, którą początkowo badano na modelach gryzoni, a obecnie zespół EPFL z powodzeniem przełożył ją na zastosowania u ludzi. W tym eksperymencie jedną parę elektrod dostrojono do częstotliwości 2000 Hz, a drugą do 2080 Hz. Dzięki szczegółowym modelom obliczeniowym struktury mózgu, elektrody są specjalnie umieszczane na skórze głowy, aby zapewnić skrzyżowanie ich sygnałów w docelowym obszarze.

To właśnie w tym momencie dzieje się magia interferencji: niewielka różnica częstotliwości 80 Hz pomiędzy dwoma strumieniami staje się efektywną częstotliwością stymulacji w obszarze docelowym. Blask tego stylu polega na jego selektywności; Wysokie częstotliwości podstawowe (np. 2000 Hz) nie stymulują bezpośrednio aktywności nerwowej, pozostawiając zajętą ​​tkankę mózgową nienaruszoną i skupiając efekt jedynie na obszarze docelowym.

Najnowsze badania skupiają się na ludzkim prążkowiu, kluczowym czynniku w mechanizmach nagradzania i wzmacniania. „Badamy, jak na uczenie się przez wzmacnianie, czyli w zasadzie na naukę poprzez nagrody, można wpływać poprzez kierowanie na określone częstotliwości w mózgu” – mówi Vassiliadis. Zespół odkrył, że stymulując prążkowie częstotliwością 80 Hz, mogą zakłócić jego normalne funkcjonowanie, bezpośrednio wpływając na proces uczenia się.

Potencjał terapeutyczny ich pracy jest ogromny, zwłaszcza w przypadku takich schorzeń, jak uzależnienie, apatia i depresja, gdzie kluczową rolę odgrywają mechanizmy nagrody. „Na przykład w przypadku uzależnienia ludzie mają tendencję do nadmiernego nagradzania. Nasza metoda może pomóc w ograniczeniu tego patologicznego nadmiernego akcentowania” – zauważa Vassiliadis, który jest także badaczem w Instytucie Neuronauki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Louvain.

Co więcej, zespół bada, w jaki sposób różne wzorce stymulacji mogą nie tylko zakłócać funkcjonowanie mózgu, ale także je wzmacniać. „To był pierwszy krok w celu udowodnienia hipotezy o wpływie częstotliwości 80 Hz na prążkowie i zrobiliśmy to poprzez zakłócenie jego funkcjonowania. Nasze badania wykazują również obiecującą poprawę zachowań motorycznych i zwiększenie aktywności prążkowia, szczególnie u osób starszych z obniżoną zdolnością uczenia się umiejętności” – dodaje Vasiliadis.

Hamill, z wykształcenia neurolog, postrzega tę technologię jako początek nowego rozdziału w stymulacji mózgu, oferując spersonalizowane leczenie w mniej inwazyjny sposób. „Przyglądamy się nieinwazyjnemu podejściu, które pozwoli nam wypróbować i spersonalizować terapię głębokiej stymulacji mózgu na wczesnych etapach” – mówi. Kolejną ważną zaletą tTIS są minimalne skutki uboczne. Większość uczestników swoich badań zgłaszała jedynie łagodne odczucia na skórze, co czyni tę metodę wysoce tolerowaną i przyjazną dla pacjenta.

Hamill i Vassiliadis optymistycznie oceniają wpływ swoich badań. Wyobrażają sobie przyszłość, w której nieinwazyjne metody neuromodulacji będą łatwo dostępne w szpitalach, zapewniając opłacalne i szerokie spektrum leczenia.