Исследователи из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST) в Корее разработали новую технику электрической стимуляции мозга, которая может улучшить восстановление пациентов после инсультов. Описанный в Scientific Reports, метод потребляет меньше энергии и имеет меньше побочных эффектов, чем существующие методы.
Инсульт – это серьезная травма головного мозга, которая может нарушить функции организма, такие как движение, равновесие и глотание, и для восстановления клеткам мозга необходимо регенерировать и восстанавливать нервные связи. Были различные попытки улучшить этот процесс восстановления с помощью физических упражнений или прямой электрической стимуляции мозга.
Однако электрическая стимуляция может иметь нежелательные побочные эффекты, такие как проблемы с речью и моторикой, вызванные возбуждением нежелательных нейронов вокруг целевой области. Кроме того, устройства электростимуляции обычно потребляют много энергии, а это означает, что они дороги в эксплуатации и требуют аккумуляторов большой емкости. Чтобы разработать полностью имплантируемые и портативные устройства, необходимо решить эти проблемы.
В ответ исследователи DGIST разработали метод, называемый подпороговой электрической стимуляцией, с помощью которой электрический сигнал малой мощности может подаваться на нейроны в синапсе – соединении между двумя нейронами, по которому передаются электрические нервные импульсы.
"Уменьшая мощность, мы можем минимизировать воздействие на нейроны, не являющиеся мишенями, обеспечивая более естественный и менее вредный способ стимулировать восстановление мозга после инсульта," объясняет Кёнсу Ким, один из ведущих авторов исследования DGIST.
Исследователи сначала исследовали свою идею с помощью компьютерного моделирования, а затем протестировали технику на крысах. Физический эксперимент включал подпороговую электрическую стимуляцию постсинаптических нейронов в мозгу крыс. В то же время крысы бегали на колесе, которое естественным образом стимулировало пресинаптические нейроны. Этот процесс выполнялся дважды в день в течение 16 дней. В конце лечения они наблюдали за поведением крыс и проверяли наличие белков, которые указывают на восстановление нейронов.
Результаты показали, что ни упражнения, ни подпороговая электрическая стимуляция сами по себе не могут инициировать нервный импульс в синапсе. Однако, когда они произошли одновременно, нейроны достигли порога, необходимого для подачи сигнала. Исследователи обнаружили, что стимулированные области мозга содержат более высокие уровни специфических нейронных белков, что указывает на то, что произошла нейронная реконструкция. Они также заметили улучшения в поведении крыс. Взятые вместе, эти результаты означают, что подпороговая электрическая стимуляция в сочетании с двигательной тренировкой на ранних этапах реабилитации может укрепить связи между областями мозга и способствовать восстановлению двигательной активности.
"Наш подход успешно увеличил выживаемость нервных связей после инсульта, а также снизил энергопотребление и предотвратил побочные эффекты," говорит Сын ‑ Джун Ю, еще один ведущий автор исследования DGIST.
Следующим шагом будет проверка того, работает ли методика при поражении головного мозга разной степени тяжести, вызванном инсультом. В будущем глубокая стимуляция мозга и другие электрические методы лечения могут преодолеть ограничения существующих лекарств для лечения широкого спектра различных заболеваний мозга.