Новый метод фМРТ поможет объяснить, как работает глубокая стимуляция мозга при лечении расстройств и зависимостей
Врачи назначают глубокую стимуляции фактически вслепую: работает — хорошо, не работает — будем пробовать что-то другое. Такое «слепое» лечение не устраивает многих ученых
Глубокая стимуляция мозга (DBS), является мощным методом лечения неврологических и психических расстройств. При глубокой стимуляции в мозг вводятся электроды, на которые подается напряжение. Несмотря на то, что такая стимуляция уже более десяти лет широко используется при лечении болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера и лечении различных зависимостей, нервный механизм, лежащий в основе глубокой стимуляции остается слабо изученным.
Исследователи из Квинслендского института мозга теперь на один шаг ближе к разгадке работы нервного механизма DBS и уже готовы предсказывать результаты его воздействия.
Мозг представляет собой очень сложную «сеть сетей», организованных иерархически. Связи между сетями идут в разных направлениях. «Скажем, вы хотите пошевелить рукой. Как только этот сигнал инициирован, мы ожидаем, что последующая активность будет зависеть от нейронных сетей мозга», — говорит ведущий автор работы Кай-Сян Чуанг. — «Но мы не до конца понимаем, как и когда структурные и функциональные компоненты мозга взаимодействуют, и что в конечном итоге приводит к результату — движению руки».
Функциональная МРТ (фМРТ) — самый популярный метод, используемый для изучения сетей мозга. фМРТ отслеживает изменения кровотока и оксигенации (насыщенности кислородом) различных регионов мозга, тем самым косвенно измеряя формирующиеся функциональные связи и давая нам представление о том, куда распространяется активность: чем выше оксигенации, — тем выше активность.
Сверхбыстрое фМРТ и глубокая стимуляция
Команда лаборатории Чуанга разработала новый сверхбыстрый метод фМРТ со значительно увеличенным временным разрешением, что позволяет фиксировать динамику мозговой активности с точностью до секунды.
Чуанг говорит, что новая техника привела к более полному пониманию того, как и когда взаимодействуют структурные и функциональные связи мозга.
«Первое открытие, которое мы сделали, заключается в том, что активность мозга не только распространяется через структурную "проводку", но и следует по определенным предпочтительным цепям в зависимости от возбуждающих и тормозящих нейронов», — сказал Чуанг. — «Связь между областями мозга с похожими типами клеток оказывается более плавной, а активность такой связи — сильнее».
Группа Чуанга отслеживала активность мозга мышей как во время глубокой стимуляции, так и в состоянии покоя, используя свою сверхбыструю технику фМРТ. Когда мозг стимулировали, активность следовала за структурной связью в прямом направлении — от А к В, а затем от В к С. Когда мозг находился в состоянии покоя, активность больше зависела от типов клеток и меньше от структурной связи: она распространяясь от С к B, но не достигала A. Это означает, что обработка информация зависит от состояния мозга, в то время как ранее считалось, что направление передачи информации мозгом не зависит от того, находится он в состоянии покоя или возбужден.
Чуанг говорит: «Эти результаты имеют важное значение для понимания того, как функционируют структуры мозга и как прогнозировать активность на основе знания этих структур. С практической точки зрения, то, что мы теперь знаем, повлияет на разработку DBS и других методов стимуляции мозга. Следующие шаги заключаются в работе с врачами, использующими стимуляцию, чтобы определить, как мы можем применить эти знания, чтобы улучшить наше понимание и применение DBS».