Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Nawigacja okruszkowa Nawigacja okruszkowa

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Neuromodulacja – technika przyszłości?

Neuromodulacja – technika przyszłości?

Dawniej neuromodulacją nazywano wpływ na neurony mózgu takich neuroprzekaźników jak dopamina, acetylocholina, noradrenalina czy serotonina. Nie przenosiły one informacji o bodźcach czuciowych, ale zmieniały gotowość neuronów do przyjęcia i przetworzenia informacji o tych bodźcach. Z czasem termin ten został zaadoptowany przez nową gałąź medycyny zajmującą się oddziaływaniem bezpośrednio na neurony przy pomocy pola magnetycznego i prądu elektrycznego. Nieinwazyjna stymulacja przezczaszkowa była przedmiotem wykładu prof. Małgorzata Kossut z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN w ramach tegorocznej edycji „Tygodnia Mózgu”.

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (ang. transcranial magnetic stimultaion, TMS) to technika neuromodulacyjna używana od 30 lat. W tej technice zmienne pole magnetyczne wzbudza, poprzez indukcję elektromagnetyczną, pobudzenie elektryczne w danym obszarze kory mózgowej. Stymulator generujący impuls prądowy połączony jest z cewką magnetyczną, która przylega do czaszki. Stymulator zawiera kondensator generujący przy rozładowaniu przepływ prądu o napięciu do 3000 V i natężeniu do 20000 A. Prąd przepływa przez cewkę, indukując pole magnetyczne o natężeniu około 2–3 T. Po dotarciu do kory mózgowej pole magnetyczne indukuje w niej przepływ prądu, w płaszczyźnie równoległej do głowicy, co z kolei prowadzi do depolaryzacji błony komórkowej neuronów i aktywacji kory położonej bezpośredni pod cewką. To pobudzenie może, poprzez synapsy i kolejne neurony, rozchodzić się do struktur mózgu, z którymi dany obszar kory jest połączony. TMS daje więc możliwość elektrycznej stymulacji mózgu bez użycia elektrod.

Reakcja na pobudzenie kory mózgowej pojedynczym pulsem TMS zależy od stymulowanego obszaru. Jeśli jest to kora ruchowa, nastąpi skurcz odpowiedniej grupy mięśni. Pobudzenie kory ruchowej w miejscu wywołującym ruch palców dłoni lub stóp jest wykonywane w celu sprawdzenia, czy u nieprzytomnego pacjenta nie ma przerwania rdzenia kręgowego (czy impuls z kory ruchowej może przejść przez nieuszkodzone drogi korowo-rdzeniowe). Jeśli impuls podamy na korę wzrokową, może wywołać fosfeny – błyski światła widziane przy zamkniętych oczach. Pojedynczy impuls podany do odpowiedniego obszaru kory może zakłócić przebiegające w tej chwili na tym obszarze interakcje neuronów – w ten sposób można na przykład udowodnić zaangażowanie danego miejsca kory w wybrane procesy percepcyjne.

TMS daje również możliwość mapowania połączeń z mózgu – efekty widać nie tylko w strukturze stymulowanej, ale także w obszarach, do których ta struktura wysyła połączenia oraz wyciszenia lub pobudzenia badanej okolicy kory mózgowej. To ostatnie można osiągnąć stosując nie pojedynczy impuls, ale ciągu impulsów – tzw. rTMS (ang. repetitive TMS). Impulsy podawane z częstotliwością około 4 Hz mają działanie pobudzające. Takie efekty utrzymują się od kilku do kilkudziesięciu minut po zakończeniu stymulacji. W przypadku stymulacji hamującej tworzymy coś, co nazywa się „wirtualną lezją”, czyli chwilowe zablokowanie aktywności wybranego obszaru kory. Pierwszym pokazem możliwości tej metody było chwilowe zahamowanie mowy na skutek „wirtualnej lezji” pola Broca u zdrowych ochotników. W znanym badaniu dotyczącym plastyczności mózgu osoby badane miały przez tydzień zasłonięte oczy i uczyły się czytać alfabetem Braille’a. Po tygodniu okazało się, że na bodźce dotykowe (wytłoczone litery Braille’a reaguje nie kora somatosensoryczna, ale kora wzrokowa – nastąpiło plastyczne przeorganizowanie mózgu. Dowiedziono tego, zakłócając przy pomocy TMS aktywności kory wzrokowej – badani nie potrafili wtedy odróżnić liter Braille’a.

Co leczyć za pomocą TMS?

Specjaliści od lat poszukują zastosowań terapeutycznych dla TMS. Bardzo duże nadzieje wiązano z włączeniem stymulacji TMS do neurorehabilitacji po udarze. Najczęściej badanym wariantem było wyciszanie przez TMS hamowania międzypółkulowego. W obszarach ruchowych i czuciowych kory mózgowej wpływ jednej półkuli mózgu na drugą jest hamujący. Przypuszczano, że na przykład przy jednostronnym uszkodzeniu kory ruchowej przez udar, hamujące wpływy z drugiej, nieuszkodzonej półkuli mogą osłabiać zmiany plastyczne, jakie rehabilitacja chce wywołać w nieuszkodzonych obszarach wokół ogniska udaru. W niektórych próbach udało się polepszyć proces rehabilitacji, ale były też liczne porażki. Próby podejmowano także w terapii afazji słaby efekt) i zaniedbywania stronnego (bardziej obiecujące wyniki).

Redukcja chronicznego bólu była przedmiotem szeregu eksperymentów, w których próbowany przy pomocy TMS stłumić bóle neuropatyczne. Pomimo pozytywnych wyników w małych grupach eksperymentalnych, metaanaliza nie wykazała skuteczności klinicznej.

W 2008 roku amerykańska Food and Drug Administration (FDA) zaakceptowała TMS jako terapię na depresję, zwłaszcza lekooporną. Kilkutygodniowa codzienna sesja pobudzania grzbietowo-bocznej kory przedczołowej przynosi pozytywne wyniki, ze skutecznością podobną do działania Prozacu. W 2018 roku ta sama organizacja pozwoliła na stosowanie tzw. głębokiego TMS (TMS o nieco większym zasięgu, wykonywanego przy pomocy dwóch cewek w kształcie litery H) w terapii zaburzenia obsesyjno-kompulsywnego.

Podejmuje się także próby zastosowania stymulacji TMS w leczeniu schizofrenii. Pozytywne rezultaty zostały zarejestrowane w wielu ośrodkach. Pokazano w nich, że stymulacja kory przedczołowej redukuje negatywne objawy schizofrenii, silniej u pacjentów młodych niż starszych. Wpływ pobudzenia mózgu przy pomocy TMS na uczenie się i pamięć jest również przedmiotem wielu eksperymentów.

Prąd stały, prąd zmienny

Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (ang. transcranial direct current stimulation, tDCS) to popularna, nietrudna i tania metoda modulowania poziomu pobudzenia kory mózgowej. Wystarczy 9-woltowa bateryjka i dwa przewody osadzone w nasączonych wodą gąbkach, czyli elektrody. Jedną z nich umieszcza się na ogół na czole, drugą na potylicy lub skroni. Pomiędzy elektrodami przepływa prąd, przechodząc przez mózg, aby zamknąć obwód elektryczny.

Ze względu na to, że stymulator DCS jest tani i łatwy w użyciu, a także bezpieczny, jest szeroko stosowany poza laboratoriami. Reklamy mówią, że stymulacja wzmaga funkcje poznawcze, w tym pamięć i abstrakcyjne rozumowanie, podnosi nastrój i energię oraz polepsza umiejętności potrzebne do gier wideo, a nawet sprawność fizyczną. Stosowali ją już sportowcy na olimpiadach, a także zawodowi gracze w gry komputerowe.

Próby wzmacniania funkcji poznawczych przez tDCS były przeprowadzane we wszystkich domenach poznawczych – od uwagi i pamięci do percepcji, nabywania języka obcego, koordynacji wzrokowo-ruchowej i inteligencji. Mimo tego, że większość doświadczeń była przeprowadzana na niewielkich grupach osób badanych i z małymi grupami kontrolnymi, niektóre metaanalizy wykazują korzystny wpływ stymulacji. Jednak ostatnia metaanaliza badająca wpływ tDCS na długotrwałą pamięć epizodyczna nie znalazła żadnego efektu stymulacji.

Stymulacja prądem zmiennym (ang. transcranial alternating current stimulation, tACS) jest metodą bardzo podobną do poprzedniej, lecz wymagającą bardziej złożonego stymulatora. Takie pobudzenie może zmienić własne oscylacje zachodzące w stymulowanym obszarze kory i wymusić dostosowanie się do swojego rytmu. Nieprawidłowe oscylacje są związane z licznymi stanami patologicznymi mózgu, więc perspektywa ich znormalizowania poprzez nieinwazyjną stymulację jest kusząca.

Duże zainteresowanie wzbudziło doświadczenie, którym przez tACS poprawiono synchronizację rytmu theta i pamięć w korze mózgowej osób starszych. Wydajność pamięci zależy od związku pomiędzy rytmami gamma i theta. W płacie skroniowym u młodych ludzi, kiedy pamięć jest sprawna, amplituda rytmu gamma jest sparowana z fazą rytmu theta, podczas gdy u osób starszych ta zależność zanika. Wyniki badan pokazały, że już 12 minut stymulacji w rytmie theta poprawiło związek obu rytmów oraz pamięć.

Co dalej?

Modulacja pobudliwości mózgu przez nieinwazyjne, przezczaszkowe stymulacje wydaje się technika przyszłości. Liczba publikacji na ten temat rośnie lawinowo. Mamy wyraźną ofensywę w konstruowaniu stymulatorów i ustawianiu procedur do terapii schizofrenii, choroby Alzheimera, padaczki, deficytów po udarach mózgu, a także zaburzeń neurorozwojowych, jak dyskalkulia, dysleksja i autyzm.

Metody neurostymulacji są młode i trzeba zdawać sobie sprawę z tego, że możliwe szkodliwe efekty stosowania przezczaszkowej stymulacji, zarówno TMS jak i prądowej, nie są dobrze poznane. Wiadomo, że TMS może wywołać atak epileptyczny, co na szczęście zdarza się bardzo rzadko. Istnieje również możliwość, że wzmocnienie niektórych funkcji poznawczych może się odbywać kosztem osłabienia innych. Silniejsza aktywność jednej sieci w mózgu może osłabić sprawność drugiej, będącej z nią w interakcji. Co więcej, skutek terapii może mieć długotrwały wpływ o nieznanym kierunku na inne struktury i ten wpływ może się rozwijać dopiero po zakończeniu stymulacji, jeśli wywołała ona kaskadę procesów napędzających się nawzajem.

 

Tekst stanowi skrót artykułu „Neuromodulacja – magnetyczna i elektryczna ingerencja w pracę mózgu” autorstwa prof. Małgorzaty Kossut z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN, publikacja: „Wszechświat”, nr 1–3/2020.

Polecamy również
Układ glimfatyczny - nocny marek [Tydzień Mózgu]
Układ glimfatyczny - nocny marek [Tydzień Mózgu]
COVID-19 - szczepionka w zasięgu ręki? [komentarz]
COVID-19 - szczepionka w zasięgu ręki? [komentarz]
Jak wspomóc pracę mózgu odpowiednią dietą? [Tydzień Mózgu 2020]
Jak wspomóc pracę mózgu odpowiednią dietą? [Tydzień Mózgu 2020]
Tydzień Noblowski 2020 - komentarze
Tydzień Noblowski 2020 - komentarze