Stimulacija mozga, kao što je duboka moždana stimulacija (DBS), moćan je način lečenja neuroloških i psihijatrijskih poremećaja. Iako pruža terapeutsku korist za obolele od Parkinsonove, Alchajmerove i bolesti zavisnosti više od jedne decenije, njen osnovni neuronski mehanizam još nije u potpunosti shvaćen.
Istraživači sa Instituta za mozak u Kvinslendu (KBI) sada su korak bliže razotkrivanju misterije moždane aktivnosti kako bi bolje razumeli ovaj mehanizam i potencijalno predvideli ishode DBS.
Mozak je veoma složena mreža kola organizovanih hijerarhijski sa širokim rasponom veza. Veze idu u različitim pravcima, napred i nazad, i između neurona koji su ili ekscitatorni – akceleratori odgovora – ili inhibitorni – kočnice koje modifikuju odgovor.
„Recimo da želite da pomerite ruku — kada se taj signal pokrene, očekujemo da aktivnost koja sledi zavisi od neuronskih mreža mozga“, rekao je vanredni profesor Kai-Hsiang Chuang.
„Ono što ne razumemo u potpunosti je kako ili kada ove strukturne i funkcionalne komponente mozga interaguju da bi na kraju dovele do ishoda pomeranja vaše ruke.“
Funkcionalni MRI (fMRI) je najpopularnija tehnika koja se koristi za proučavanje moždanih mreža. fMRI prati protok krvi i promene oksigenacije nakon neuralne aktivnosti, čime indirektno meri funkcionalne veze koje se formiraju i daje nam indikaciju gde se aktivnost mozga širi.
Aktivnost mozga, međutim, nije tako jednostavna kao signal koji putuje od područja do područja.
Tim u laboratoriji Chuang razvio je novu ultrabrzu fMRI tehniku sa znatno povećanom vremenskom rezolucijom, omogućavajući im da shvate dinamiku moždane aktivnosti na nivou ispod sekunde.
Vanredni profesor Chuang je rekao da je nova tehnika dovela do sveobuhvatnijeg razumevanja kako i kada strukturne i funkcionalne veze mozga deluju u interakciji.
„Prvo novo otkriće koje smo napravili je da se moždana aktivnost ne širi samo kroz strukturno ožičenje, već prati određena preferencijalna kola u zavisnosti od njihove ekscitatorne i inhibitorne neuronske distribucije“, rekao je on.
„Komunikacija između regiona mozga sličnih tipova ćelija postaje tečnija, a moždana aktivnost jača.
Chuang grupa je pratila moždanu aktivnost miševa i dok su bili stimulisani i u mirovanju koristeći njihovu ultrabrzu fMRI tehniku. Kada je mozak bio stimulisan, aktivnost je pratila strukturno ožičenje u pravcu napred — od A do B, a zatim B do C. Kada je mozak bio u mirovanju, aktivnost je više zavisila od organizacije tipa ćelije, a manje od strukturnog ožičenja, šireći se između C i B, ali ne sa A, ako je tu bilo preferencijalno kolo.
To znači da način na koji se informacije obrađuju zapravo zavisi od vašeg stanja, gde se ranije smatralo da moždana aktivnost funkcioniše na isti način, bilo da ste u mirovanju ili zauzeti obavljanjem zadatka.
„Drugo otkriće koje smo napravili bilo je da signal krvi otkriven fMRI može odražavati organizaciju mreže i distribuciju tipa ćelija“, rekao je vanredni profesor Chuang.
„Ovi nalazi imaju značajne implikacije na to kako funkcionišu strukture mozga i kako predvideti aktivnost na osnovu znanja o ovoj strukturi. Praktičnije, ono što sada znamo će uticati na dizajn DBS-a i drugih tehnika stimulacije mozga.“
„Sledeći koraci su rad sa kliničarima upućenim u stimulaciju mozga kako bismo utvrdili kako možemo da iskoristimo ovo znanje u kombinaciji sa ljudskim podacima kako bismo poboljšali naše razumevanje DBS-a.
Ovo sveobuhvatnije razumevanje moglo bi nam omogućiti da bolje predvidimo rezultate DBS-a i potencijalno poboljšamo njegov dizajn za bolje terapijske ishode.
