Ултразвуково устройство, което може прецизно да стимулира области дълбоко в мозъка без операция, е разработено от изследователи от UCL и Катедрата по клинични невронауки в Нъфийлд на Оксфордския университет, което отваря нови възможности за неврологични изследвания и лечение на заболявания като болестта на Паркинсон и депресия.

Учените отдавна търсят начин да модулират мозъчната функция, който да подобри разбирането ни за това как работи мозъкът и да помогне за лечението на неврологични заболявания, използвайки неинвазивни методи, които не включват хирургия.

Една технология, която може да помогне, е транскраниалната ултразвукова стимулация (TUS), за която наскоро беше открито, че може да модулира активността на невроните (ключовите комуникационни клетки на мозъка) чрез доставяне на нежни механични импулси, които влияят върху начина, по който тези клетки изпращат сигнали.

Но до момента настоящите системи се затрудняват да достигнат по-дълбоки части на мозъка с достатъчна точност, за да насочат определени мозъчни структури. Конвенционалните TUS системи често засягат по-широки региони, отколкото е предвидено, ограничавайки тяхната полезност за целенасочена невромодулация.

Новата технология включва 256 елемента, конфигурирани в специална каска, които изпращат фокусирани лъчи ултразвук към определени части на мозъка, за да повишат или намаляват невронната активност. Включва и мека пластмасова маска за лице, която помага за по-прецизно насочване на ултразвуковите вълни, като задържа главата неподвижна.

Изследователският екип демонстрира възможностите на системата върху седем човешки доброволци, като насочва ултразвука към част от таламуса – малка структура в центъра на мозъка, която помага за предаване на сензорна и моторна информация.

В първия експеримент участниците гледаха мигаща шахматна дъска, която изпращаше сигнали към мозъка през очите. По време на стимулация с ултразвуковото устройство, функционалният магнитно-резонансен томограф (fMRI) показа значително увеличена активност в зрителната кора на участниците, потвърждавайки прецизното насочване към LGN.

Втори експеримент разкри продължителни намаления на активността на зрителната кора поне 40 минути след ултразвукова стимулация, което подчертава потенциала на системата да предизвиква трайни промени във функцията на мозъка.

Въпреки че участниците не възприемаха съзнателно промени в това, което виждаха по време на експериментите, мозъчните сканирания показаха значителни и трайни промени в невралната активност. Крайната цел е да се използват тези ефекти, за да се постигнат клинично полезни резултати, като спиране на треморите на ръцете.

Професор Брадли Трийби, старши автор на изследването от UCL Medical Physics and Biomedical Engineering, каза: „Този напредък отваря възможности както за изследвания в невронауката, така и за клинично лечение. За първи път учените могат неинвазивно да изучават причинно-следствени връзки в дълбоки мозъчни вериги, които преди това са били достъпни само чрез хирургия.“

Клинично, тази нова технология би могла да трансформира лечението на неврологични и психиатрични разстройства като болестта на Паркинсон, депресията и есенциалния тремор, предлагайки безпрецедентна прецизност при насочване към специфични мозъчни вериги, които играят ключова роля при тези състояния.

Способността за прецизно модулиране на дълбоките мозъчни структури без хирургическа намеса представлява промяна в парадигмата в невронауката, предлагайки безопасен, обратим и повтаряем метод както за разбиране на мозъчната функция, така и за разработване на целенасочени терапии.

В допълнение към своите изследователски приложения, системата може да проправи пътя за нови клинични интервенции. Дълбоката мозъчна стимулация (DBS), използвана понастоящем за лечение на състояния като болестта на Паркинсон, изисква инвазивна хирургия и носи свързани с това рискове. Новата ултразвукова система предлага неинвазивна алтернатива със сравнима прецизност, потенциално позволявайки на клиницистите да тестват области на мозъка, които биха могли да се използват за лечение на заболявания преди операция или дори да заменят изцяло хирургическите подходи.

Д-р Йоана Григорас, първи автор на изследването от катедрата по клинични неврологични науки „Нъфийлд“ към Оксфордския университет, заяви: „Това ново устройство за мозъчна стимулация представлява пробив в способността ни да насочваме прецизно дълбоки мозъчни структури, до които преди това беше невъзможно да се достигне неинвазивно. Особено сме развълнувани от потенциалните му клинични приложения при неврологични заболявания като болестта на Паркинсон, където дълбоките мозъчни региони са особено засегнати.“

Осъзнавайки този клиничен потенциал, няколко членове на изследователския екип наскоро основаха NeuroHarmonics, спинаут компания на UCL, която разработва преносима версия на системата. Компанията цели да направи прецизната, неинвазивна терапия на дълбокия мозък достъпна както за клинично лечение, така и за по-широки терапевтични приложения.

Д-р Елеанор Мартин, първият автор на изследването от UCL Medical Physics and Biomedical Engineering, каза: „Проектирахме системата да бъде съвместима с едновременен fMRI, което ни позволява да наблюдаваме ефектите от стимулацията в реално време. Това отваря вълнуващи възможности за невромодулация със затворен цикъл и персонализирани терапии.“

Изследователите подчертават, че са необходими допълнителни изследвания, за да се разберат напълно механизмите, лежащи в основата на NUS-индуцирана невромодулация. Въпреки това, резултатите отбелязват значим етап в разработването на безопасни, ефективни и целенасочени технологии за стимулиране на мозъка.

Изследването беше подкрепено от Съвета за инженерни и физически науки (EPSRC), Wellcome и Биомедицинския изследователски център към NIHR Oxford Health.