Η προσαρμοστικότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου σε εσωτερικές και εξωτερικές αλλαγές, γνωστή ως νευρική πλαστικότητα, αποτελεί τη βάση για την κατανόηση γνωστικών λειτουργιών όπως η μνήμη και η μάθηση, καθώς και διαφόρων νευρολογικών διαταραχών.
Νέα έρευνα που διεξήχθη από ομάδα με επικεφαλής τον Δρ Παρκ Τζου Μιν του Κέντρου για τη Νόηση και την Κοινωνικότητα του Ινστιτούτου Βασικών Επιστημών (IBS) αποκαλύπτει μια νέα τεχνική που θα μπορούσε να μεταμορφώσει το τοπίο της θεραπείας των εγκεφαλικών διαταραχών. Η εργασία δημοσιεύθηκε στο Science Advances.
Η ομάδα ανέπτυξε μια μη επεμβατική μέθοδο διέγερσης του εγκεφάλου που ονομάζεται Patterned Low-Intensity Low-Frequency Ultrasound (LILFUS), η οποία διαθέτει τεράστιες δυνατότητες για την πρόκληση μακροχρόνιων αλλαγών στη λειτουργία του εγκεφάλου.
Παραδοσιακά, έχουν χρησιμοποιηθεί μαγνητικές και ηλεκτρικές μέθοδοι εγκεφαλικής διέγερσης για τη διαμόρφωση της εγκεφαλικής λειτουργίας. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι έχουν εγγενείς περιορισμούς που περιορίζουν τη χωρική ανάλυση και το βάθος διείσδυσης, καθιστώντας δύσκολη την ακριβή διέγερση συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου με βέλτιστη αποτελεσματικότητα.
Οι πιο επεμβατικές μέθοδοι, όπως αυτές που απαιτούν χειρουργικές επεμβάσεις, παρουσιάζουν ανώτερο έλεγχο και θεραπευτικά αποτελέσματα για συγκεκριμένη βαθιά εγκεφαλική διέγερση, αλλά ενέχουν κινδύνους όπως βλάβη των ιστών, φλεγμονή και λοίμωξη. Αυτοί οι περιορισμοί έχουν τροφοδοτήσει την αναζήτηση εναλλακτικών προσεγγίσεων που μπορούν να τους ξεπεράσουν και να παρέχουν πιο αποτελεσματική και ακριβή διαμόρφωση της εγκεφαλικής λειτουργίας.
Στην τελευταία μελέτη που παρουσίασε το IBS, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υπερήχους για να επιτρέψουν την ακριβή διέγερση συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου. Σε αντίθεση με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, οι υπέρηχοι έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να διεισδύσουν βαθιά στους ιστούς του εγκεφάλου.
Διέγερση του εγκεφάλου με υπερήχους
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η διέγερση με υπερήχους μπορεί να διαμορφώσει τη νευρική πλαστικότητα -την ικανότητα του εγκεφάλου να επανασυνδέεται- μέσω της ενεργοποίησης βασικών μοριακών οδών. Συγκεκριμένα, η μελέτη εντόπισε την επίδραση των υπερήχων στους μηχανοευαίσθητους διαύλους ασβεστίου στα αστροκύτταρα, οι οποίοι ελέγχουν την ικανότητα των κυττάρων να προσλαμβάνουν ασβέστιο και να απελευθερώνουν νευροδιαβιβαστές.
Σε αυτό το πείραμα χρησιμοποιήθηκαν πρωτόκολλα υπερήχων που περιλάμβαναν δύο διαφορετικά πρότυπα διέγερσης με συνδυασμό υπερήχων χαμηλής έντασης χαμηλής συχνότητας (LILF) 30Hz και 5Hz.
Το LILFUS σχεδιάστηκε με βάση συγκεκριμένες παραμέτρους υπερήχων που μιμούνται τα μοτίβα των εγκεφαλικών κυμάτων των ταλαντώσεων θήτα (5 Hz) και γάμμα (30 Hz) που παρατηρούνται κατά τη διάρκεια των διαδικασιών μάθησης και μνήμης. Το νέο εργαλείο επέτρεψε στους ερευνητές είτε να ενεργοποιήσουν είτε να απενεργοποιήσουν συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου κατά βούληση - διαπιστώθηκε ότι η διαλείπουσα χορήγηση των υπερήχων προκάλεσε επιδράσεις μακροχρόνιας ενδυνάμωσης, ενώ τα συνεχή μοτίβα οδήγησαν σε επιδράσεις μακροχρόνιας κατάθλιψης.
Μία από τις πιο ελπιδοφόρες πτυχές αυτής της νέας τεχνολογίας είναι η ικανότητά της να διευκολύνει την απόκτηση νέων κινητικών δεξιοτήτων. Όταν οι ερευνητές παρέδωσαν διέγερση με υπερήχους στον εγκεφαλικό κινητικό φλοιό σε ποντίκια, παρατήρησαν σημαντικές βελτιώσεις στην εκμάθηση κινητικών δεξιοτήτων και στην ικανότητα ανάκτησης τροφής.
Είναι ενδιαφέρον ότι οι ερευνητές μπόρεσαν να αλλάξουν ακόμη και την προτίμηση των ποντικιών στα μπροστινά άκρα. Αυτό υποδηλώνει πιθανές εφαρμογές σε θεραπείες αποκατάστασης για επιζώντες εγκεφαλικών επεισοδίων και άτομα με κινητικές διαταραχές.
Το LILFUS κατά της κατάθλιψης
Οι επιπτώσεις αυτής της έρευνας εκτείνονται πολύ πέρα από την κινητική λειτουργία. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία καταστάσεων όπως η κατάθλιψη, όπου η μεταβαλλόμενη εγκεφαλική διεγερσιμότητα και η πλαστικότητα αποτελούν εξέχοντα χαρακτηριστικά. Με περαιτέρω διερεύνηση, το LILFUS θα μπορούσε να προσαρμοστεί για διάφορα πρωτόκολλα διέγερσης του εγκεφάλου, προσφέροντας ελπίδα για διάφορες παθήσεις που κυμαίνονται από αισθητηριακές βλάβες έως γνωστικές διαταραχές.
Ο Δρ Παρκ δήλωσε: «Αυτή η μελέτη όχι μόνο ανέπτυξε μια νέα και ασφαλή τεχνολογία νευρικής ρύθμισης με μακροχρόνια αποτελέσματα, αλλά αποκάλυψε επίσης τις αλλαγές του μοριακού μηχανισμού που εμπλέκονται στη νευρική ρύθμιση με υπερήχους με μοτίβο εγκεφαλικών κυμάτων».
Και πρόσθεσε: «Σκοπεύουμε να συνεχίσουμε τις μελέτες παρακολούθησης για να εφαρμόσουμε αυτή την τεχνολογία για τη θεραπεία εγκεφαλικών διαταραχών που σχετίζονται με μη φυσιολογική διέγερση και αναστολή του εγκεφάλου και για την ενίσχυση των γνωστικών λειτουργιών».
