neurostymulacja

Neurostymulacja może zwiastować nowe leczenie depresji

Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) depresja jest rosnącym problemem w Kanadzie i innych krajach, a także jednym z najważniejszych problemów zdrowia publicznego . Pandemia COVID-19 i wynikające z niej środki powstrzymania wpłynęły na zdrowie psychiczne Kanadyjczyków i stworzyły warunki, które są związane ze zwiększoną liczbą samobójstw.

Niestety, podstawowe metody leczenia depresji, takie jak psychoterapia i leki, pozostają nieskuteczne dla dużej części pacjentów otrzymujących opiekę.

Jednak obiecujący jest nowy rodzaj leczenia: neurostymulacja. Tutaj technik w klinice kieruje cewkę magnetyczną i dostarcza kilkaset impulsów elektromagnetycznych do określonego obszaru mózgu. Zabiegi są bezbolesne, nie obejmują operacji ani znaczących skutków ubocznych i trwają krócej niż godzinę dziennie. Wyniki są imponujące. Ale czy to zbyt piękne, aby mogło być prawdziwe?

Jako profesor neurobiologii na wydziale biologii na Uniwersytecie w Ottawie i współpracownik naukowy w Krembil Research Institute w Toronto, moje badania z zakresu fizyki nieliniowej doprowadziły mnie do niesamowitej złożoności i bogactwa systemów biologicznych, zwłaszcza neuronauki.

Używając matematyki i mocy obliczeń numerycznych, można lepiej zrozumieć nie tylko, jak mózg działa na poziomie komórkowym, ale także, jak zorganizowana jest jego rozległa sieć i czego może brakować w obecności chorób, takich jak depresja. Może to pomóc zidentyfikować nowe ścieżki leczenia i przetestować ich skuteczność za pomocą symulacji. To ogromne zadanie, nad którym pracuję we współpracy z interdyscyplinarnym zespołem naukowców z całego świata.

Powrót stymulacji neuronów

W ciągu ostatniej dekady w neurobiologii i psychiatrii ponownie pojawiły się terapie medyczne obejmujące neurostymulację lub mózgową stymulację elektromagnetyczną.

Po mrocznych dniach terapii elektrowstrząsowej i innych technik, które miały raczej złą prasę, elektryczna lub magnetyczna stymulacja neuronów próbuje powrócić, stosując znacznie bardziej wyrafinowane podejście i znacznie niższe prądy elektryczne. W rezultacie neurostymulacja nabiera coraz większego znaczenia w leczeniu depresji, a jej skuteczność u wielu pacjentów wydaje się przewyższać skuteczność leków.

Metody takie jak przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) są bezpieczną i bezbolesną alternatywą dla tradycyjnych metod leczenia farmakologicznego. Ponadto nie mają praktycznie żadnych skutków ubocznych i oferują nowy wgląd w manipulację i kontrolę procesów poznawczych.

Niedawne metaanalizy wykazały pozytywne i trwałe skutki terapii neurostymulacją TMS u pacjentów z depresją, z których niektórzy odczuwali korzyści nawet rok po leczeniu.

Sprawdzone zabiegi

Te terapie są obecnie zatwierdzone przez wiele agencji regulacyjnych, a kliniczne zastosowanie neurostymulacji rośnie w wielu krajach. W szczególności przenośne urządzenia TMS są opracowywane i zatwierdzane przez Health Canada do szerszego i dostępnego wdrożenia. Urządzenia te pozwoliłyby pacjentom leczyć się w domu, bez konieczności codziennego chodzenia do kliniki, jak ma to miejsce obecnie.

Neurostymulacja wewnątrzczaszkowa. (Baburov / Wikimedia)

Pozostaje jednak główne wyzwanie: jak dokładnie kontrolować aktywność mózgu. Jakie obszary i rodzaje sygnałów magnetycznych należy zastosować, aby złagodzić objawy pacjentów? Mimo niesamowitych rezultatów i obiecujących postępów mechanizmy neurostymulacji pozostają słabo poznane. Czemu?

TMS wykorzystuje cewkę do wytworzenia pola magnetycznego, które indukuje prądy elektryczne w mózgu. Neurony to komórki komunikujące się za pomocą powtarzających się impulsów elektrochemicznych; mózg jest organem pełniącym zasadniczo funkcje elektryczne. Pola magnetyczne mogą zatem wpływać na dialog między różnymi obszarami mózgu i – w teorii – przywracać lub równoważyć ich funkcje.

Mózg, złożony z miliardów neuronów o ciągle zmieniającej się dynamice, to niezwykle złożona sieć. Dlatego neurostymulacja stanowi spory problem dla badaczy i klinicystów, na przykład gdzie i jak należy stymulować. Problem jest tak duży, że wiele postępów dokonuje się empirycznie przy użyciu metody prób i błędów.

Obliczenie matematyczne

Matematyka bierze udział w tej interdyscyplinarnej przygodzie. A co by było, gdybyśmy dzięki matematycznym modelom obwodów mózgowych mogli zrozumieć, jak stymulacja wpływa na neurony i jak jej skutki się rozprzestrzeniają?

Dzięki integracji danych z obrazowania mózgu, takich jak rezonans magnetyczny i elektroencefalogramy, matematyka może służyć do tworzenia symulacji numerycznych w celu lepszego zrozumienia wpływu neurostymulacji na aktywność neuronów. To obiecujące podejście, które rzeczywiście może pozwolić nam rozwikłać tajemnicę rozważania mózgu jako wahadła!

Aby lepiej zrozumieć, wróćmy trochę.

Aktywność neuronów w mózgu nie jest przypadkowa ani nieregularna. Wręcz przeciwnie, neurony w pewnych częściach mózgu koordynują swoją aktywność i jednocześnie reagują. Synchronizują się. Ta synchronizacja neuronów w mózgu pojawia się w lupie obrazowania medycznego jako fale lub bardzo charakterystyczne oscylacje, które są również nazywane rytmami mózgowymi.

Aktywność mózgu oscyluje jak wahadło, a ten stały ruch tam iz powrotem pozwala nam zobaczyć procesy neuronalne w akcji. Podobnie jak fale na stawie, rytmy mózgu są dynamiczne i zmieniają się zgodnie z naszymi stanami poznawczymi. Będą inne podczas długotrwałego wysiłku umysłowego, podczas aktywności fizycznej oraz podczas snu czy medytacji.

Nadzieja na walkę z chorobami neurodegeneracyjnymi

Badacze uważają, że fale mózgowe są zaangażowane w większość procesów mózgowych. Wydaje się, że tych samych rytmów brakuje w wielu chorobach neurodegeneracyjnych. Są nieobecne, zbyt silne lub zbyt wolne.

A co by było, gdybyśmy mogli kontrolować te rytmy za pomocą neurostymulacji? Taka jest nowa hipoteza wysuwana przez niektórych badaczy neurostymulacji. Korzystając z zaawansowanej matematyki i symulacji komputerowych, chcą zrozumieć, w jaki sposób można wpływać na koordynację między neuronami sieciowymi oraz w jakim stopniu stymulację elektromagnetyczną można wykorzystać do kontrolowania rytmu mózgu i opracowywania terapii zaburzeń neurologicznych, takich jak stwardnienie rozsiane, choroba Parkinsona, schizofrenia i depresja.

Badania te mogą doprowadzić do lepszego zrozumienia roli tych rytmów w funkcjonowaniu mózgu, kodu używanego przez neurony do komunikacji między sobą oraz lepszego zrozumienia tego, czego brakuje w niektórych chorobach. Może również pozwolić nam na zastosowanie neurostymulacji w celu zwiększenia mocy obliczeniowej tych sieci neuronowych, zwiększając tym samym zdolności poznawcze i kreatywność. Fantastyka naukowa? Może… ale nie do końca.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.