Fare Çalışması: Araştırmacılar, Derin Beyin Stimülasyonunun İnvazif Olmayan Formunu Geliştirdiler

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'ndeki (MIT) araştırmacılar, Beth Israel Deaconess Tıp Merkezi (BIDMC) ve İsviçre'deki IT’IS Vakfı ile işbirliği içinde, invazif olmayan bir derin beyin stimülasyonu geliştirdiler.

Bu yeni yaklaşım, derin beyin stimülasyonunu daha az riskli, daha ucuz ve Parkinson hastalığı ve diğer bozuklukları olan hastalar için daha erişilebilir hale getirebilir. Elektrotları beynin içine yerleştirmek için ameliyat gerektirmek yerine, bu yeni yöntem kafa derisine elektrotlar uygulayarak çalışır.

Şimdiye kadar, yeni yaklaşım canlı farelerde çalışıldı ve burada, üstteki bölgelerdeki hücrelerin aktivitesini etkilemeden derin beyin yapılarını seçici olarak uyardığı gösterildi. Bulgular dergide yayınlandı Hücre.

“Geleneksel derin beyin stimülasyonu, kafatasının açılmasını ve komplikasyonlara yol açabilen bir elektrot implante edilmesini gerektirir. İkincisi, MIT'de biyolojik mühendislik ve beyin ve bilişsel bilimler doçenti olan kıdemli yazar Ed Boyden, ikinci olarak, sadece az sayıda insan bu tür beyin cerrahisini yapabilir ”diyor.

Geleneksel derin beyin stimülasyonu, Parkinson hastalığı olan birçok hastada başarıyla kullanılmıştır. Ayrıca obsesif kompulsif bozukluk, epilepsi ve depresyonu olan bazı hastaları tedavi etmek için de kullanılmış ve şu anda otizm tedavisi olarak araştırılmaktadır. Araştırmacılar, yeni, invazif olmayan yaklaşımın, ek bozuklukları tedavi etmek için derin beyin stimülasyonunu uyarlamayı kolaylaştırabileceğini söylüyor.

MIT ve BIDMC'de çalışan eski bir Wellcome Trust-MIT postdoc olan makalenin baş yazarı Nir Grossman, "Beyin yapılarını invaziv olmayan bir şekilde uyarma becerisiyle, beyin bozukluklarının tedavisi için yeni hedefler keşfetmeye yardımcı olabileceğimizi umuyoruz" diyor. şu anda Imperial College London'da araştırma görevlisi.

Parkinson hastalığını tedavi ederken, elektrotlar tipik olarak talamusun altında, beynin derinlerinde bulunan mercek şeklinde bir yapı olan subtalamik çekirdeğe yerleştirilir. Beynin bu bölgesine iletilen elektriksel uyarıların hastalığın birçok semptomunu iyileştirdiği gösterilmiştir, ancak elektrotları yerleştirmek için gereken ameliyat, beyin kanaması ve enfeksiyon dahil olmak üzere riskler taşır.

Diğer araştırmacılar, depresyonu tedavi etmek için FDA onaylı transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) gibi teknikleri kullanarak beyni invazif olmayan bir şekilde uyarmaya çalıştılar. TMS invaziv olmadığı için normal insan deneklerinde temel biliş, duygu, duyum ve hareket bilimini incelemek için de kullanılmıştır.

Bununla birlikte, derin beyin yapılarını uyarmak için TMS'nin kullanılması, yüzey bölgelerinin güçlü bir şekilde uyarılmasına ve birden fazla beyin ağının modülasyonuna neden olabilir.

MIT araştırmacıları, zamansal girişim olarak bilinen bir fenomenden yararlanarak kafa derisine yerleştirilen elektrotlar aracılığıyla beynin derinliklerine elektriksel stimülasyonun nasıl iletileceğini keşfettiler.

Bu strateji, beynin dışına yerleştirilmiş elektrotları kullanarak iki yüksek frekanslı elektrik akımı üretmeyi gerektirir. Bu alanlar nöronları çalıştırmak için çok hızlı. Bununla birlikte, bu akımlar, beynin derinliklerinde kesiştikleri yerde, nöronların içinde küçük bir düşük frekanslı akım bölgesi üretilecek şekilde birbirlerine müdahale ederler. Bu düşük frekanslı akım, nöronların elektriksel aktivitesini yönlendirmek için kullanılabilirken, yüksek frekanslı akım çevredeki dokudan hiçbir etki olmaksızın geçer.

Araştırmacılar, bu akımların frekansını ayarlayarak ve elektrotların sayısını ve yerini değiştirerek, düşük frekanslı uyarımı alan beyin dokusunun boyutunu ve konumunu kontrol edebilirler. Çevreleyen beyin yapılarını etkilemeden beynin derinliklerindeki yerleri hedef alabilirler. Ayrıca akımları değiştirerek elektrotları hareket ettirmeden stimülasyonun yerini yönlendirebilirler. Bu şekilde, hem terapötik kullanım hem de temel bilim araştırmaları için derin hedefler uyarılabilir.

MIT Media Lab ve McGovern Institute for Brain Research üyesi olan Boyden, “Uzamsal çözünürlük henüz derin beyin stimülasyonu kadar iyi olmasa da derin hedeflere gidebilir ve üzerini örten nöronları koruyabilirsiniz” diyor.

MIT’nin Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsü direktörü Li-Huei Tsai ve laboratuvarındaki araştırmacılar bu tekniği farelerde test ettiler ve hipokampüs dahil beynin derinliklerinde küçük bölgeleri uyarabileceklerini buldular. Ayrıca, motor korteksin farklı kısımlarını aktive ederek ve farelerin uzuvlarını, kulaklarını veya bıyıklarını hareket ettirmelerini sağlayarak stimülasyon alanını değiştirebildiler.

Tsai, "Sadece nöronal aktivasyonu değil, aynı zamanda davranışsal tepkileri de ortaya çıkarmak için bir beyin bölgesini çok hassas bir şekilde hedefleyebileceğimizi gösterdik" diyor. "Bence bu çok heyecan verici çünkü Parkinson hastalığı ve diğer hareket bozuklukları beynin çok özel bir bölgesinden kaynaklanıyor gibi görünüyor ve bunu hedefleyebilirseniz, onu tersine çevirme potansiyeline sahipsiniz."

Yeni yaklaşım, kafatasındaki elektrotlar ile beynin derinliklerinde bulunan hedef arasında kalan bölge olan korteksteki nöronları harekete geçirmedi. Araştırmacılar ayrıca beynin hiçbir yerinde zararlı bir etki bulamadılar.

Kaynak: Massachusetts Institute of Technology