Новий метод стимуляції мозку може покращити пам’ять без хірургічного втручання

Нова неінвазивна методика стимуляції мозку, яка потенційно може допомогти людям із втратою пам’яті через хворобу Альцгеймера, була розроблена вченими з Інституту дослідження деменції Великобританії. 

Техніка називається тимчасовою інтерференцією (TI), і вперше її описала команда з Імперського коледжу Лондона під керівництвом доктора Ніра Гроссмана. Ще в 2017 році вони успішно випробували його на мишах , відкривши можливість його використання на людях. Однак існує дуже довгий шлях між підтвердженням концепції на тварині та випробуванням техніки на людях-добровольцях.

«Існує низка проблем», — пояснив доктор Віоланте IFLScience. «Давайте просто почнемо з анатомії. Якщо ми подумаємо про розмір мозку – він дуже різний, чи не так? Розмір мозку миші — як кінчик мого пальця, а в людини це не так!»

Ви не тільки маєте справу з двома тваринами, які мають дуже різні на вигляд мізки, але й етичні та практичні міркування навколо досліджень тварин і людей також суттєво відрізняються. Наприкінці експериментального періоду модельних тварин можна принести в жертву, щоб дослідники могли витягти та дослідити тканини мозку – очевидно, це не варіант для людей. Проблеми безпеки під час випробувань на людях також мають першочергове значення, тому вони потребують ретельного планування.

На щастя, TI — не єдиний неінвазивний метод стимуляції мозку, який використовувався на людях. У нас є дані про безпеку за багато років щодо інших методів, включаючи транскраніальну магнітну стимуляцію (TMS), транскраніальну стимуляцію постійним струмом (tDCS) і транскраніальну стимуляцію змінним струмом (tACS). Деякі з цих методів уже застосовуються в медицині, і вчені добре розуміють, як на них реагують люди. Використання цього як еталонного показника значно полегшило розробку випробування ТІ за участю 20 здорових учасників.

Але навіть з усім цим ретельним плануванням, природа все одно може вкласти ключ у роботу.

«На жаль, у нас також був COVID між [дослідженням на мишах і випробуванням на людях]», — сказав доктор Віоланте IFLScience. «Тож нам довелося припинити сканування майже на рік».

Зрештою команда змогла провести свої експерименти на всіх 20 добровольцях. Але що насправді відчуває сеанс TI і що він робить з мозком?

Що відчуваєш, коли твій мозок стимулюють?

Метою TI є повторення цільової стимуляції мозку, яка досі була досягнута лише хірургічним шляхом. Глибока стимуляція мозку (DBS), коли електроди імплантуються в мозок у певних областях, пов’язана з деякими ризиками, але вона має важливе застосування.

При хворобі Паркінсона це основне хірургічне лікування, яке пропонується, коли ліки більше не допомагають контролювати симптоми. Електроди доставляють високочастотну стимуляцію до областей мозку, які допомагають контролювати рухи, живлячись від генератора, що працює від батареї, який зазвичай вставляється під ключицю (трохи як кардіостимулятор).

Хоча лікування хвороби Паркінсона може бути його найвідомішим застосуванням, DBS також схвалений для використання при обсесивно-компульсивному розладі , деяких формах епілепсії та інших рухових розладах. Нещодавнє дослідження навіть припустило, що це може трансформувати людей, які страждають від черепно-мозкової травми .

Але не можна заперечувати, що операція на мозку пов’язана з значним ризиком для пацієнта.

«Не кожен є хорошим кандидатом на DBS», — сказав доктор Віоланте IFLScience. «Хірургія на головному мозку — це не ваш перший вихід […], і для багатьох станів ми ще не маємо хороших цілей для DBS».

Навпаки, TI передбачає застосування електродів до поверхні черепа в місцях, які можна ретельно відобразити та персоналізувати для людини. Суб’єкти не сплять весь час і можуть повідомити досліднику, якщо щось відчуває незручність або дискомфорт, коли електроди створюють електричні поля, що перекриваються, на цільову область.

“Ідея досить геніальна”, – сказав доктор Віоланте. «Ідея полягає в тому, що у вас є принаймні два джерела струму […] і існує різниця між [частотою] цих двох джерел струму […] в діапазоні чогось, на що реагує мозок. .”

«Оскільки ми використовуємо два джерела струму, вони зустрінуться в якийсь момент, [де] створять інтерференційну картину». Дослідження на тваринах показали, що саме це накладання різних частот впливає на активність нейронів у глибині мозку.

При інших типах стимуляції мозку, таких як tACS, зазвичай люди відчувають поколювання або деякі більш незвичайні побічні ефекти, як-от відчуття миготливих вогнів (так звані фосфени ) або металевий присмак у роті залежно від частоти, що використовується. . За допомогою TI, як пояснив доктор Віоланте, більшість учасників майже нічого не відчували.

«Одна з переваг високих частот, які ми використовуємо з TI, полягає в тому, що насправді сприйняття стимуляції відбувається лише при вищій інтенсивності. Якщо ви порівнюєте tACS і TI безпосередньо за інтенсивністю, при якій ви вже відчуваєте поколювання та поколювання, які маєте при tACS, ви не відчуваєте їх з TI, і це те, що ми також показуємо в статті. »

Те, як люди сприймають стимуляцію мозку, дуже різниться, але при TI найпоширенішим відчуттям був легкий тиск або тепло. 

«У нас був один учасник, який повідомив, що це їх розсмішило!» – згадав доктор Віоланте. Безперечно, неконтрольований напад сміху звучить краще, ніж складна операція на мозку. Але питання на мільйон доларів: чи працює це?

Чи працює це, і куди нам податися?

Недавнє дослідження мало на меті з’ясувати, чи має TI потенціал впливати на гіпокамп, центр пам’яті мозку , і команда вперше оцінила цю можливість, використовуючи посмертні тканини мозку.

Потім вони перейшли до здорових добровольців, застосовуючи стимуляцію TI, поки їх просили запам’ятати пари облич та імен. Функціональна магнітно-резонансна томографія (fMRI) показала, що стимуляція була вибірково націлена на активність гіпокампу, яка посилювалася, коли суб’єкти виконували вправу пам’яті.

Пізніший експеримент включав більш жорсткий тест на пам’ять і більш тривалі сеанси стимуляції. Попросивши учасників спробувати пригадати імена та обличчя, які вони запам’ятали через 30 хвилин, показало, що стимуляція призвела до покращення точності пам’яті – як і сподівалася команда.

Наступним кроком під керівництвом доктора Гроссмана та команди з Імперського коледжу є клінічне випробування на пацієнтах із хворобою Альцгеймера. Доктор Віоланте пояснив IFLScience, що мета двояка: очевидно, команда повинна зрозуміти, чи можливий і корисний вплив на гіпокамп у людей, які вже мають порушення пам’яті , але вони також повинні дізнатися більше про те, кому лікування може бути найкращим. для.

Попереду ще багато роботи, перш ніж ми побачимо, що ТІ пропонують як лікування в клініці. Але ці перші кроки були багатообіцяючими, і вони були зроблені разом з окремим дослідженням , проведеним командою зі Швейцарії, яка також підтвердила використання TI для націлювання на смугасте тіло людини.

Шлях від гіпотези до підтвердженого лікування може бути довгим і звивистим, але він також насичений великою кількістю маленьких перемог.

«Ви поміщаєте все разом у сканер, і нічого не вибухає. Ви не ламаєте ніякої техніки, це чудово. Коли ви починаєте помічати, що у вас дійсно є зміни в мозковій активності, це справді чудово», — сказав доктор Віоланте. «І потім, коли ми бачимо, що справді можемо побачити зміни в поведінці, дотримуючись цієї лінії від A до B і C, це було дуже захоплююче».