Американские ученые разработали и успешно испытали на животных метод глубокой электростимуляции мозга без имплантации в него электродов. Результаты работы опубликованы в журнале Cell.

Электростимуляция глубоких структур мозга все чаще находит клиническое и экспериментальное применение в терапии болезни Паркинсона, обсессивно-компульсивного расстройства и многих других неврологических нарушений. В настоящее время она требует имплантации электродов с проводами в определенный отдел мозга, что подразумевает нейрохирургическое вмешательство и сопряжено с риском осложнений (например, инфекции, инсульта или смещения электрода). Для неинвазивной стимуляции применяют чресчерепную магнитную стимуляцию. Она подходит для воздействия только на поверхностные отделы мозга, поскольку стимуляция глубоких структур с ее помощью будет затрагивать всю толщу мозга, что неприемлемо.

В основу разработки неинвазивной глубокой стимуляции мозга сотрудниками Массачусетского технологического института (MIT) и Гарвардского университета лег тот факт, что нейроны реагируют на электрические сигналы только ограниченного диапазона частот, причем частоты эти относительно невелики. При этом, по законам физики, если два электрических поля, незначительно отличающихся по частоте, накладываются друг на друга, их интерференция в области наложения приведет к образованию электрического сигнала с частотой, равной разнице частот этих полей. Следовательно, если под определенными углами подать на мозг электрические поля с частотами, например, 2000 и 2010 герц (которые нейронами не воспринимаются), в области их наложения возникнет электрический сигнал с частотой 10 герц, который будет стимулировать нейроны в этой области. Подбирая направления и частоты исходных полей можно фокусировать стимуляцию на заданной глубокой структуре мозга, не затрагивая остальные его отделы. Авторы назвали эту методику временнόй интерференцией (temporal interference, TI) электрических полей.

Принцип действия метода. N. Grossman et al. / Cell, 2017

После компьютерного моделирования действия методики исследователи испытали ее на модели мозга — пластиковом сосуде с сетью электродов, погруженной в солевой раствор. Определив оптимальные настройки полей, они перешли к экспериментам на животных.

Используя TI, ученым удалось прицельно активировать нейроны гиппокампа, расположенного в толще полушарий мозга, не влияя на другие мозговые структуры. На следующей стадии опытов они смогли «наводить» TI на различные моторные структуры мозга, изменяя соотношение силы тока высокочастотных электрических полей без перемещения электродов по поверхности головы животных. Подобной стимуляцией исследователям удалось управлять движениями передних лап, ушей и усов мышей, находящихся под наркозом.

В ходе испытаний методики не было зарегистрировано выраженных побочных эффектов, таких как повышение температуры мозга, судороги, а также признаки воспаления, повреждения ДНК или гибели клеток в области стимуляции.

На нынешнем этапе разработки прицельная точность стимуляции методом TI ниже, чем при имплантации электродов. Ученые рассчитывают повысить ее увеличением числа интерферирующих электрических полей. Тем не менее, сотрудники MIT уже приступили к испытаниям новой методики на здоровых добровольцах после получения одобрения комиссией института по биоэтике.

По мнению разработчиков, метод TI может найти применение в терапии многих двигательных и аффективных неврологических расстройств.

Спектр практических и экспериментальных применений различных типов стимуляции мозга постоянно расширяется. Так, например, с ее помощью ученым удалось ускорить кратковременную память здоровых людей и улучшить ее у пациентов с шизофренией, помочь людям ориентироваться в виртуальном лабиринте, отрегулировать уровень полового влечения и повысить честность.

Автор: Олег Лищук