Биомедицинские инженеры Университета Дьюка использовали глубокой стимуляции головного мозга на основе легких для лечения двигательных нарушений в животной модели заболевания Parkinson. Добившись успеха там, где раньше попытки провалились, метод обещает обеспечить новые проницательности в почему глубокая стимуляция мозга работает и способов, в которых он может быть улучшен на пациента на стационаре.
Результаты появились в сети 20 апреля в журнале нейронауки.
«Если вы думаете, что области мозга лечат в глубокую стимуляцию головного мозга, как тарелка спагетти, с фрикадельками, представляющих нервных клеток, органов и спагетти, представляющих нервных клеток аксоны, существует давний спор о том, лечение влияет на спагетти, фрикадельки или некоторая комбинация из двух», — сказал Уоррен гриль, Эдмунд т. Пратт, младший школьный заслуженный профессор биомедицинской инженерии в Университете Дьюка.
«Но это вопрос невозможно ответить с помощью традиционных методов, потому что электрические глубокая стимуляция мозга влияет на них обоих, а также перец, лук и все остальное в блюде. Наш новый свет на основе однако способ, способное уничтожать всего лишь один ингредиент, так что теперь мы можем начать дразнить из индивидуальных эффекты активации различных нейронных элементов».
В метафоре гриль, фрикадельки являются нейроны, которые составляют субталамического ядра, небольшой компонент системы управления базальной ганглии, которые, как полагают, выполняют выбор действий. В то время как его точная функция остается неизвестной, исследования показывают, что он содержит мышечной реакции в узде. Спагетти в чашу представляет собой нервные волокна называют hyperdirect пути, которые простираются в области от нейронов в коре головного мозга, тонкий наружный слой нейронов, отвечающих за большую часть обработки информации мозга. И перец, лук и другие ингредиенты являются различные типы клеток нашли поддержку по всему мозгу.
Как гриль предполагает, дразня роль всех этих различных типов клеток играет в опосредующим эффекты глубокой стимуляции мозга практически невозможно, используя традиционные методы. Отдельных видов клеток не может быть выделена посредством электрической стимуляции, и электрические импульсы датчики слепых исследователей решающее значение миллисекунды непосредственно после обжига.
В 2006 году группа исследователей пытались использовать оптогенетику для юбки эти вопросы. Оптогенетика-метод, генетически изменяя специфические клетки, чтобы выразить светочувствительные ионные каналы, что позволяет исследователям контролировать их работу с вспышками света. Исследователи внедренные эти светочувствительные ионные каналы в субталамического ядра «фрикадельки» на крысах и мелькали световые импульсы, при этом курс, используемый при глубокой стимуляции головного мозга. Лечение, однако, не удалось смягчить любые физические симптомы крыс, что приводит исследователей к выводу, что стимуляции субталамического ядра на своих неадекватного подхода к лечению.
Но учиться никогда не сидел совсем правильно в виду решетки.
«Нейроны стимулируются с оптогенетикой обычно не очень быстро реагировали, и мне показалось, что исследователи были мигающие огни их быстрее, чем нейроны могут отставать», — сказал гриль. «Скважина данных это, как нейроны оказались отвечать случайным образом, а не в синхронизации со вспышками. И предыдущие исследования, которые мы провели, показали, что случайные модели глубокая стимуляция головного мозга не являются эффективными в облегчении симптомов».
Потребовалось более десяти лет для гриля, чтобы быть в состоянии проверить свою теорию, но два недавних события позволили ему следовать своей интуиции. Исследователи разработали быстрой формы оптогенетика под названием Хронос, который может отставать от скорости традиционно используется при глубокой стимуляции головного мозга. И Chunxiu Ю., научный сотрудник с опытом в оптогенетике, присоединился к лаборатории гриль. Также вносит вклад в работу в лаборатории гриль были Исаак Кассар, биомедицинской инженерии аспирант, и матчи jaydeep Sambangi, биомедицинской инженерии студентов.
В новой бумаге, Ю. встраиваемых Хронос оптогенетика машин в субталамического ядра нейронов крыс, которые были даны болезни, как болезнь Паркинсона условий в одном-половина их мозга. Эта модель помогает исследователям определить, когда лечение проходит успешно, потому что в результате симптомы физические движения происходят только на одной стороне тела крысы. Затем они доставили глубокой стимуляции мозга с помощью световых вспышек на стандартные 130 вспышек в секунду.
Как гриль первые подозреваемые почти 15 лет назад, техника работала, и физические симптомы крыс были существенно смягчены.
По данным гриль, их результат имеет несколько важных последствий. Одна заключается в том, что исследователи должны рассмотреть кинетические свойства, как быстро приближается к оптогенетики может выступать при разработке своих экспериментов и обратить пристальное внимание на производительность в учебе. Другое понимание было так, что других нейронов за пределами субталамического ядра реагирует на лечение. В то время не было большой разницы в их средних уровней активности, произошел резкий сдвиг в структуре, в которой эти нейроны стреляют, который поможет понять, как глубокая стимуляция мозга работает.
Но, пожалуй, самый важный результат заключается в том, что техника работала на всех. Кроме того, предлагая гораздо яснее, взгляните на нейронной активности путем снятия электрических артефактов, возможность доставки глубокая стимуляция мозга для точного подмножества нейронов должно позволить исследователям начать поиск, какие именно части мозга нужно стимулировать и как методы лечения могут быть адаптированы для лечения различных управления двигателем симптомов в каждом конкретном случае.
Как их следующий эксперимент в этом направлении исследований Гриоль и его коллеги планируют воссоздать такое же исследование, но в пути hyperdirect — спагетти вместо фрикадельки, чтобы увидеть, что его индивидуальный вклад в облегчение симптомов может быть.
«Это очень важно, потому что где-то в том, что большая миска спагетти некоторые элементы, которые отвечают за лечение симптомов и некоторые элементы, которые вызывают побочных эффектов», — сказал гриль. «И если мы сможем понять, что есть что, мы можем конструировать стимуляции геометрии и моделей электродов для целевых элементов, которые подавляют симптомы, не трогая при этом остальных.»