211service.com
Mērķauditorijas atlase smadzenēs ar skaņas viļņiem
Ultraskaņas viļņus, ko pašlaik izmanto medicīnā pirmsdzemdību skenēšanai un citiem diagnostikas nolūkiem, kādu dienu varētu izmantot kā neinvazīvu veidu smadzeņu darbības kontrolei. Pēdējo divu gadu laikā zinātnieki ir sākuši eksperimentēt ar zemas frekvences, zemas intensitātes ultraskaņu, kas spēj iekļūt galvaskausā un aktivizēt vai apklusināt smadzeņu šūnas. Pētnieki cer, ka šī tehnoloģija varētu nodrošināt alternatīvu vairāk invazīvām metodēm, piemēram, dziļo smadzeņu stimulāciju (DBS) un vagusa nerva stimulāciju, ko izmanto, lai ārstētu arvien vairāk neiroloģisko traucējumu.
Smadzeņu viļņi : Zinātnieki izmanto zemas intensitātes, zemas frekvences ultraskaņu, lai aktivizētu smadzenes. Aktivizētie neironi smadzeņu audu šķēlītē ir parādīti sarkanā krāsā.
Kad cilvēki ir uzzinājuši, ko viņi var darīt ar DBS un vagusa nerva stimulāciju, mēs domājam, ka varam atvienot šīs ierīces un kontrolēt darbību ārpus ķermeņa, saka. Viljams (Džeimijs) Tailers , neirozinātnieks Arizonas štata universitātē Tempē. Tailers ir izveidojis uzņēmumu SynSonix, lai komercializētu tehnoloģiju.
Ierīces, kas paredzētas smadzeņu darbības traucējumu ārstēšanai, pēdējos gados ir kļuvušas populāras. DBS, ko lieto Parkinsona slimības, distonijas un obsesīvi-kompulsīvo traucējumu ārstēšanai, caur implantētu elektrodu smadzenēs rada elektrisku grūdienu. Tomēr tā invazīvā rakstura dēļ DBS lieto tikai smagos gadījumos, kurus nevar ārstēt ar medikamentiem. Mazāk invazīva metode ir transkraniālā magnētiskā stimulācija (TMS), kurā virs galvas novietota elektriskā spole ģenerē magnētisko lauku, kas iet cauri galvaskausam un uzbudina zemāk esošos smadzeņu neironus. TMS lieto, lai ārstētu klīnisku depresiju, taču tā var būt vērsta tikai uz virspusējām smadzeņu daļām.
Izmantojot ultraskaņu, mums ir daudz labāks telpiskais fokuss nekā [ar] DBS, saka Tailers. Un atšķirībā no TMS mēs varam nokļūt jebkurā smadzenēs. Ultraskaņa, kas sastāv no skaņas viļņiem ar frekvenci virs 20 kiloherciem, ir izmantota gadu desmitiem medicīnā, lai attēlotu muskuļus, orgānus un augļus. Pēdējo piecu gadu laikā labāki instrumenti ultraskaņas enerģijas fokusēšanai ir ļāvuši to izmantot kā ablācijas rīku: ķirurgi tagad var izmantot augstas intensitātes, augstfrekvences ultraskaņu (HIFU), lai būtībā sadedzinātu dzemdes fibroīdus. HIFU ir arī klīniskajā pārbaudē smadzeņu audzēju, krūts audzēju un prostatas vēža ārstēšanai.
Šie paši rīki tagad ļauj zinātniekiem izmantot ultraskaņu, lai kontrolētu smadzenes, ideja, kas faktiski pastāv jau vairākus gadu desmitus. Labāki ultraskaņas devēji, kas rada akustiskos viļņus, ļauj precīzāk fokusēt ultraskaņas enerģiju. Un magnētiskās rezonanses attēlveidošana (MRI), ko izmanto kopā ar ultraskaņu, ļauj ķirurgiem precīzāk mērķēt uz noteiktām ķermeņa zonām. Spēja apvienot fokusētu ultraskaņu ar MR [magnētiskās rezonanses] vadību ir ārkārtīgi spēcīga, saka Nīls Kasels , neiroķirurgs Virdžīnijas Universitātē Šarlotsvilā un priekšsēdētājs Fokusēts ultraskaņas ķirurģijas fonds , bezpeļņas organizācija, kas atrodas Šarlotsvilā un tika dibināta, lai izstrādātu jaunas lietojumprogrammas fokusētai ultraskaņai.
Viens no izaicinājumiem, izmantojot ultraskaņu, lai mērķētu uz smadzenēm, ir izdomāt, kā kontrolētā veidā izvadīt skaņas viļņus caur galvaskausu. Parasti ultraskaņa darbojas diapazonā no megaherciem līdz gigaherciem — tādās frekvencēs, kas ir piemērotas, lai izietu cauri mīkstajiem audiem, bet sašķidrinātu kaulus. (Kauls absorbē akustiskā viļņa enerģiju, tas uzsilst.) Pētnieki no Brigham and Women's Hospital Bostonā ir atklājuši, ka ultraskaņas frekvence, kas ir mazāka par vienu megahercu, var paveikt šo triku, taču ar kompromisu: zemāka frekvence, jo grūtāk ir koncentrēt enerģiju uz noteiktu smadzeņu punktu.
Tomēr pagājušajā gadā zinātnieki ir guvuši zināmus panākumus, risinot šo kompromisu. Detalizēti galvaskausa attēli, kas iegūti, izmantojot CT skenēšanu un MRI, var palīdzēt zinātniekiem aprēķināt labāko veidu, kā fokusēt skaņas viļņus, saka. Seung-Schik Yoo , neirozinātnieks Brigamas un Sieviešu un Hārvardas Medicīnas skolā. Pagaidām nepublicētā darbā Yoo un viņa kolēģi ir pierādījuši, ka zemas frekvences, zemas intensitātes ultraskaņa var veiksmīgi nomākt vizuālo aktivitāti trušu smadzenēs, kā arī selektīvi aktivizēt aktivitāti motorajā garozā. Mēs arī aplūkojam spēju modulēt hormonus vai neirotransmiterus, kas var būt piemēroti psihiskiem traucējumiem, aptaukošanās un atkarības gadījumā, saka Yoo.
Pagājušajā gadā žurnālā publicētajā rakstā PLoS ONE Tailers pierādīja, ka zemas frekvences, zemas intensitātes ultraskaņa var aktivizēt kanālus, kas atrodas nervu šūnu membrānā smadzeņu audu šķēlītē, liekot šūnām nosūtīt elektrisku ziņojumu caur neironu ķēdi. Kopš tā laika viņš ir spējis izmantot ultraskaņu, lai stimulētu motorisko garozu un izraisītu kustību dzīvām pelēm. Šis darbs vēl nav publicēts.
Pētnieki cer, ka šim jaunajam lietojumam izmantos HIFU izstrādātos instrumentus. Vairāki instrumentu uzņēmumi ir izstrādājuši fāzētus ultraskaņas devēju blokus, kas ļauj precīzi noteikt ultraskaņas enerģiju un kuri pašlaik tiek pārbaudīti smadzeņu audzēju noņemšanai. Atkarībā no galvaskausa individuālās anatomijas, jūs varat ieprogrammēt ultraskaņas iekārtu, lai izšautu atsevišķus elementus, lai nodrošinātu labi raksturotu staru atrašanās vietas un izmēra ziņā, ko var pielāgot katram pacientam, saka Yoo.
Tā kā fokusēta ultraskaņa jau tiek plaši izmantota, pētnieki ir optimistiski noskaņoti, ka tai nebūs nekādu lielu šķēršļu virzībā uz klīnisko testēšanu. Neirologiem un neiroķirurgiem tā ir labi izveidota tehnika, saka Tailers. Drošības robežas ir labi zināmas. Kassels piebilst, es domāju, ka patiesībā būs vieglāk saņemt apstiprinājumu [nekā tas bija HIFU], jo fokusētās ultraskaņas spiediens ir mazāks nekā smadzenes, ko iegūst no transkraniālā Doplera, diagnostikas ierīces, ko izmanto, lai apskatītu asinsvadus galvā pēc tam. insults un asiņošana.
Kassell stāsta, ka fonds visvairāk interesējas par zemas intensitātes un zemas frekvences ultraskaņas izmantošanu ķirurģiskās plānošanas vajadzībām. Epilepsijas pacientiem ķirurgi varētu izmantot šo tehnoloģiju, lai īslaicīgi apklusinātu smadzeņu audu gabalu, kas, domājams, ir atbildīgs par krampju izraisīšanu, tādējādi apstiprinot pareizo lokalizāciju, un pēc tam izmantot HIFU, lai noņemtu šo audu gabalu.
Taileru visvairāk interesē fokusētas ultraskaņas izmantošana Parkinsona slimības ārstēšanai. Tā kā tas nav invazīvs, mēs varētu ārstēt pacientus daudz agrāk, viņš saka. Šobrīd cilvēki, kuri saņem DBS, ir vissliktākie pacienti.
Lai gan sākotnējās ierīces, visticamāk, atgādinātu mazāku MRI aparātu versiju, Parkinsona slimnieku ārstēšanai būtu nepieciešama valkājama vai implantējama ierīce, kas spēj nodrošināt nepārtrauktu stimulāciju. Tailera komanda strādā pie elastīgiem ultraskaņas devējiem, kurus varētu implantēt uz galvaskausa vai veidot vāciņā.
Pagaidām nav skaidrs, kā ultraskaņa izraisa elektrisko aktivitāti neironos, taču daži uzskata, ka tas notiek ar skaņas viļņu radīto siltumenerģiju. Tomēr Tailers saka, ka viņam ir pierādījumi, ka neironi tiek aktivizēti ar mehāniskās enerģijas palīdzību. Iepriekšējie pētījumi patiešām ir parādījuši, ka neironu kanālus, kas kontrolē elektrisko aktivitāti smadzenēs, var aktivizēt ar mehānisku spiedienu. Viņš saka, ka tas, ko mēs domājam, ir sava veida mikrokavitācijas efekts, piemēram, starojums vai milzīgais spriedze, kas ietekmē kanālus, kas kontrolē nervu darbību.