Prilagodljivost ljudskog mozga na unutrašnje i spoljašnje promene, poznata kao nervna plastičnost, čini osnovu za razumevanje kognitivnih funkcija poput pamćenja i učenja, kao i raznih neuroloških poremećaja.
Novo istraživanje koje je sproveo tim predvođen dr Park Joo Minom iz Centra za kogniciju i društvenost u okviru Instituta za osnovne nauke (IBS) otkriva novu tehniku koja bi mogla da transformiše pejzaž lečenja moždanih poremećaja. Rad je objavljen u časopisu Naučni napredak.
Tim je razvio neinvazivnu metodu stimulacije mozga pod nazivom Patterned Lov-Intensiti Lov-Frekuenci Ultrasound (LILFUS), koja ima ogroman potencijal za izazivanje dugotrajnih promena u funkciji mozga.
Tradicionalno, metode magnetne i električne stimulacije mozga su korišćene za modulaciju funkcije mozga. Međutim, ove metode dolaze sa inherentnim ograničenjima koja ograničavaju njihovu prostornu rezoluciju i dubinu prodiranja, što čini izazovom precizno stimulisanje specifičnih regiona mozga sa optimalnom efikasnošću.
Invazivnije metode, poput onih koje zahtevaju hirurške procedure, pokazuju superiornu kontrolu i terapeutske efekte za specifičnu duboku stimulaciju mozga, ali dolaze sa rizicima kao što su oštećenje tkiva, upala i infekcija. Ova ograničenja su podstakla potragu za alternativnim pristupima koji mogu da prevaziđu ova ograničenja i obezbede efikasniju i precizniju modulaciju funkcije mozga.
U najnovijoj studiji koju je otkrio IBS, istraživači su koristili ultrazvuk kako bi omogućili preciznu stimulaciju određenih područja mozga. Za razliku od elektromagnetnih talasa, ultrazvuk ima prednost u tome što može da prodre duboko u moždana tkiva.
Istraživači su otkrili da ultrazvučna stimulacija može da moduliše neuralnu plastičnost – sposobnost mozga da se ponovo ožiči – kroz aktivaciju ključnih molekularnih puteva. Konkretno, studija je ukazala na efekat ultrazvuka na mehanosenzitivne kalcijumove kanale u astrocitima, koji kontrolišu sposobnost ćelija da apsorbuju kalcijum i oslobađaju neurotransmitere.
LILFUS je dizajniran na osnovu specifičnih ultrazvučnih parametara koji oponašaju obrasce moždanih talasa teta (5 Hz) i gama (30 Hz) oscilacija uočenih tokom procesa učenja i pamćenja. Novi alat je omogućio istraživačima da ili aktiviraju ili deaktiviraju određene regione mozga po volji – utvrđeno je da povremeno isporuka ultrazvuka izaziva dugoročne efekte potenciranja, dok su kontinuirani obrasci rezultirali dugoročnim efektima depresije.
Jedan od aspekata ove nove tehnologije koji najviše obećava jeste njena sposobnost da olakša sticanje novih motoričkih veština. Kada su istraživači isporučili ultrazvučnu stimulaciju cerebralnom motornom korteksu kod miševa, primetili su značajna poboljšanja u učenju motoričkih veština i sposobnosti uzimanja hrane.
Zanimljivo je da su istraživači čak uspeli da promene preferenciju prednjih udova miševa. Ovo sugeriše potencijalnu primenu u rehabilitacionim terapijama za preživele moždani udar i osobe sa motoričkim oštećenjima.
Implikacije ovog istraživanja sežu daleko izvan motoričke funkcije. Može se koristiti za lečenje stanja kao što je depresija, gde su izmenjena ekscitabilnost i plastičnost mozga istaknute karakteristike. Uz dalje istraživanje, LILFUS bi mogao biti prilagođen za različite protokole stimulacije mozga, nudeći nadu za različita stanja u rasponu od senzornih oštećenja do kognitivnih poremećaja.
Dr Park je rekao: „Ova studija ne samo da je razvila novu i bezbednu tehnologiju neuralne regulacije sa dugotrajnim efektima, već je takođe otkrila promene molekularnog mehanizma uključene u ultrazvučnu neuralnu regulaciju moždanih talasa.“
Dodao je: „Planiramo da nastavimo prateće studije kako bismo primenili ovu tehnologiju za lečenje moždanih poremećaja povezanih sa abnormalnom moždanom ekscitacijom i inhibicijom i za poboljšanje kognitivnih funkcija.
