Nghiên cứu về chuột: Các nhà nghiên cứu phát triển hình thức kích thích não sâu không xâm lấn

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), phối hợp với Trung tâm Y tế Hiệu trưởng Beth Israel (BIDMC) và Quỹ IT’IS ở Thụy Sĩ, đã phát minh ra một hình thức kích thích não sâu không xâm lấn.

Cách tiếp cận mới này có thể giúp kích thích não sâu ít rủi ro hơn, ít tốn kém hơn và bệnh nhân mắc bệnh Parkinson và các rối loạn khác dễ tiếp cận hơn. Thay vì yêu cầu phẫu thuật để cấy các điện cực vào bên trong não, phương pháp mới này hoạt động bằng cách áp dụng các điện cực vào da đầu.

Cho đến nay, phương pháp mới đã được nghiên cứu trên chuột sống, nơi nó được chứng minh là có thể kích thích có chọn lọc các cấu trúc não sâu mà không ảnh hưởng đến hoạt động của các tế bào ở các vùng bên trên. Các phát hiện được công bố trên tạp chí Ô.

“Kích thích não sâu truyền thống đòi hỏi phải mở hộp sọ và cấy điện cực, điều này có thể có biến chứng. Thứ hai, chỉ có một số ít người có thể thực hiện loại phẫu thuật thần kinh này, ”tác giả cấp cao Ed Boyden, phó giáo sư kỹ thuật sinh học và khoa học não và nhận thức tại MIT cho biết.

Kích thích não sâu truyền thống đã được sử dụng thành công trên nhiều bệnh nhân mắc bệnh Parkinson. Nó cũng đã được sử dụng để điều trị cho một số bệnh nhân mắc chứng rối loạn ám ảnh cưỡng chế, động kinh và trầm cảm, và hiện đang được khám phá như một phương pháp điều trị chứng tự kỷ. Các nhà nghiên cứu cho biết, phương pháp mới, không xâm lấn có thể giúp dễ dàng điều chỉnh kích thích não sâu để điều trị các rối loạn khác.

Tác giả chính của bài báo, Nir Grossman, cựu postdoc của Wellcome Trust-MIT làm việc tại MIT và BIDMC, cho biết: “Với khả năng kích thích cấu trúc não một cách không xâm lấn, chúng tôi hy vọng rằng chúng tôi có thể giúp khám phá các mục tiêu mới để điều trị rối loạn não. hiện là nghiên cứu viên tại Đại học Hoàng gia Luân Đôn.

Khi điều trị bệnh Parkinson, các điện cực thường được đặt trong nhân dưới đồi, một cấu trúc hình thấu kính nằm bên dưới đồi thị, sâu trong não. Các xung điện truyền đến vùng não này đã được chứng minh là có thể cải thiện nhiều triệu chứng của bệnh, nhưng phẫu thuật cần thiết để cấy các điện cực mang lại rủi ro, bao gồm xuất huyết não và nhiễm trùng.

Các nhà nghiên cứu khác đã cố gắng kích thích não không xâm lấn bằng các kỹ thuật như kích thích từ trường xuyên sọ (TMS), được FDA chấp thuận để điều trị trầm cảm. Vì TMS không xâm lấn, nó cũng đã được sử dụng trong các đối tượng bình thường của con người để nghiên cứu khoa học cơ bản về nhận thức, cảm xúc, cảm giác và vận động.

Tuy nhiên, sử dụng TMS để kích thích các cấu trúc não sâu cũng có thể dẫn đến việc các vùng bề mặt bị kích thích mạnh, dẫn đến điều biến nhiều mạng não.

Các nhà nghiên cứu của MIT đã tìm ra cách truyền kích thích điện vào sâu trong não, thông qua các điện cực đặt trên da đầu, bằng cách tận dụng một hiện tượng được gọi là giao thoa thời gian.

Chiến lược này yêu cầu tạo ra hai dòng điện tần số cao bằng cách sử dụng các điện cực đặt bên ngoài não. Các trường này quá nhanh để điều khiển các nơ-ron. Tuy nhiên, các dòng điện này giao thoa với nhau theo cách mà chúng giao nhau, sâu trong não, một vùng nhỏ của dòng điện tần số thấp được tạo ra bên trong các tế bào thần kinh. Dòng điện tần số thấp này có thể được sử dụng để thúc đẩy hoạt động điện của tế bào thần kinh, trong khi dòng điện tần số cao đi qua mô xung quanh mà không có tác dụng.

Bằng cách điều chỉnh tần số của các dòng điện này và thay đổi số lượng và vị trí của các điện cực, các nhà nghiên cứu có thể kiểm soát kích thước và vị trí của mô não nhận kích thích tần số thấp. Chúng có thể nhắm mục tiêu các vị trí sâu bên trong não mà không ảnh hưởng đến bất kỳ cấu trúc não xung quanh. Họ cũng có thể điều khiển vị trí của kích thích, mà không cần di chuyển các điện cực, bằng cách thay đổi dòng điện. Bằng cách này, các mục tiêu sâu có thể được kích thích, cho cả việc sử dụng chữa bệnh và điều tra khoa học cơ bản.

Boyden, thành viên của MIT’s Media Lab và McGovern Institute for Brain Research, cho biết: “Bạn có thể tìm kiếm các mục tiêu sâu và tiết kiệm các tế bào thần kinh bên trên, mặc dù độ phân giải không gian vẫn chưa tốt bằng độ phân giải của não sâu”.

Li-Huei Tsai, giám đốc Viện Học tập và Trí nhớ MIT’s Picower, cùng các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của cô đã thử nghiệm kỹ thuật này trên chuột và phát hiện ra rằng chúng có thể kích thích các vùng nhỏ nằm sâu trong não, bao gồm cả hồi hải mã. Họ cũng có thể thay đổi vị trí kích thích, cho phép chúng kích hoạt các phần khác nhau của vỏ não vận động và khiến chuột cử động tay chân, tai hoặc râu của chúng.

Tsai cho biết: “Chúng tôi đã chỉ ra rằng chúng tôi có thể nhắm mục tiêu chính xác một vùng não để kích thích không chỉ kích hoạt tế bào thần kinh mà còn cả các phản ứng hành vi. “Tôi nghĩ điều đó rất thú vị vì bệnh Parkinson và các rối loạn vận động khác dường như bắt nguồn từ một vùng não cụ thể và nếu bạn có thể nhắm mục tiêu điều đó, bạn có khả năng đảo ngược nó”.

Đáng chú ý, phương pháp mới đã không kích hoạt các tế bào thần kinh trong vỏ não, khu vực nằm giữa các điện cực trên hộp sọ và mục tiêu sâu bên trong não. Các nhà nghiên cứu cũng không tìm thấy tác động có hại nào ở bất kỳ phần nào của não.

Nguồn: Viện Công nghệ Massachusetts