Электрическая стимуляция мозга. Транскраниальная электрическая стимуляция мозга: перспективы и риски нового метода улучшения когнитивных функций

Как работает транскраниальная электрическая стимуляция мозга. Какие эффекты оказывает на память и обучение. Насколько безопасен и эффективен этот метод. Какие риски связаны с самостоятельным применением нейростимуляции.

Что такое транскраниальная электрическая стимуляция мозга

Транскраниальная электрическая стимуляция (ТЭС) — это метод неинвазивного воздействия на мозг слабым электрическим током. При проведении процедуры на голову человека накладываются электроды, через которые пропускается постоянный или переменный ток силой 1-2 мА в течение 20-30 минут.

Существует несколько разновидностей ТЭС:

• Стимуляция постоянным током (tDCS)
• Стимуляция переменным током
• Транскраниальная электрическая стимуляция (ТЭС-терапия)

Наибольший интерес исследователей вызывает стимуляция постоянным током из-за ее потенциального влияния на когнитивные функции.

Как ТЭС влияет на работу мозга

Ученые полагают, что ТЭС может влиять на работу мозга следующим образом:

• Активирует нейроны в стимулируемой области
• Усиливает синаптическую пластичность — образование новых связей между нейронами
• Модулирует активность нейронных сетей
• Изменяет возбудимость нервных клеток

При этом эффекты могут различаться в зависимости от полярности тока. Анодная стимуляция обычно повышает возбудимость нейронов, а катодная — снижает.

Потенциальные эффекты ТЭС

Исследования показывают, что ТЭС может оказывать следующие положительные эффекты:

• Улучшение памяти и обучаемости
• Повышение концентрации внимания
• Ускорение освоения новых навыков
• Лечение депрессии и тревожных расстройств
• Снижение хронической боли
• Улучшение двигательных функций

Однако большинство этих эффектов пока не подтверждены масштабными клиническими испытаниями.

Исследования влияния ТЭС на память и обучение

Ряд научных работ демонстрирует положительное влияние ТЭС на когнитивные функции:

• Исследование американских нейрофизиологов показало улучшение кратковременной и долговременной памяти у пожилых людей после курса ТЭС
• Ученые СПбГУ обнаружили, что катодная стимуляция зоны Вернике помогает лучше запоминать абстрактные слова
• Эксперименты демонстрируют ускорение освоения новых двигательных навыков при ТЭС моторной коры

Однако механизмы влияния ТЭС на обучение и память до конца не изучены. Требуются дальнейшие исследования для подтверждения эффективности метода.

Риски и побочные эффекты ТЭС

Хотя ТЭС считается относительно безопасным методом, с ним связаны определенные риски:

• Ожоги и раздражение кожи в месте наложения электродов
• Головная боль и головокружение
• Нарушения сна
• Изменения настроения
• Потенциальное влияние на работу сердца
• Непредвиденные эффекты при стимуляции неправильных зон мозга

Особую опасность представляет бесконтрольное применение самодельных устройств для ТЭС.

Противоречия в оценке эффективности ТЭС

Среди ученых нет единого мнения об эффективности ТЭС:

• Ряд исследований демонстрирует значимые положительные эффекты
• Другие работы не обнаруживают влияния на когнитивные функции
• Некоторые эксперты считают наблюдаемые эффекты следствием плацебо
• Высказываются сомнения в том, что слабый ток может значимо влиять на работу мозга

Требуются дальнейшие масштабные исследования для оценки реальной эффективности метода.

Перспективы применения ТЭС

Несмотря на противоречивые оценки, ТЭС рассматривается как перспективный метод в следующих областях:

• Лечение психических расстройств (депрессия, тревожность)
• Реабилитация после инсульта
• Терапия хронической боли
• Улучшение когнитивных функций у здоровых людей
• Ускорение обучения и освоения новых навыков

Однако для внедрения ТЭС в клиническую практику требуется проведение масштабных клинических испытаний.

Этические аспекты применения ТЭС

Развитие технологий нейростимуляции поднимает ряд этических вопросов:

• Допустимость «улучшения» мозга здоровых людей
• Риски злоупотребления технологией
• Неравенство доступа к методам когнитивного усиления
• Проблема информированного согласия при применении ТЭС
• Ответственность за побочные эффекты при самостоятельном использовании

Эти вопросы требуют широкого обсуждения в научном сообществе и обществе в целом.

Неинвазивная стимуляция мозга | Официальный сайт Научного центра неврологии

В отделении нейрореабилитации и физиотерапии используются следующие методы неинвазивной стимуляции мозга:

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) — это метод, основанный на стимуляции нейронов головного мозга переменным магнитным полем без инвазивного вмешательства. 
Метод ТМС используется для:

• определения возбудимости моторной коры и проведения по кортикоспинальным трактам;

• картирования (определения локализации) моторных и немоторных функций в коре головного мозга;

• направленного влияния на возбудимость коры и нейропластичность (ритмическая ТМС)

Системы навигационной ТМС учитывают индивидуальную анатомию конкретного человека позволяют наносить стимул целенаправленно и локально, c опорой на МРТ-данные. Одной из таких систем является система навигационной транскраниальной магнитной стимуляции мозга (нТМС) — NBS eXimia Nexstim (Nexstim Ltd. , Хельсинки, Финляндия), использующаяся в нашем отделении. 
Ритмическая ТМС – метод ТМС, использующийся для лечения или реабилитации пациентов с заболеваниями нервной системы. Ритмическая ТМС по результатам крупных международных исследований обладает доказанной эффективностью при ряде заболеваний. В нашем отделении при отсутствии противопоказаний ритмическая ТМС применяется при следующих состояниях:

• депрессия
• нейропатическая боль
• постинсультный гемипарез (после 3 месяцев от НМК)
• невралгия тройничного нерва
• спинальная спастичность при рассеянном склерозе
• речевые нарушения (афазия)
• болезнь Паркинсона
• шум в ушах

Определение показаний и противопоказаний к ТМС, продолжительности курса терапии возможно при очной консультации сотрудника отделения.
Проведение транскраниальной магнитной стимуляции также возможно в рамках научных исследований.
Транскраниальная электрическая стимуляция (ТЭС) – метод неинвазивной стимуляции мозга, основанный на воздействии на кору головного мозга слабым электрическим полем. ТЭС используется для направленного изменения активности регионов коры головного мозга. 
Проведенные исследования показали потенциал для применения этого метода при депрессии, болевых синдромах, фибромиалгии, двигательных, речевых и зрительных нарушениях после инсульта, паркинсонизме и ряде других заболеваний. В нашем отделении при отсутствии противопоказаний ТЭС применяется при следующих состояниях:

• постинсультный гемипарез (после 3 месяцев от НМК)
• фибромиалгия
• хронические болевые синдромы

Определение показаний и противопоказаний к ТЭС, продолжительности курса терапии возможно при очной консультации сотрудника отделения.
Проведение транскраниальной электрической стимуляции также возможно в рамках научных исследований.

Репортажи в СМИ:
https://www.neurology.ru/videosyuzhety/reabilitaciya-posle-insulta-progr…
https://www.neurology.ru/video-lekcii-legostaevoy-l-kak-uchyonye-issledu…
https://www.neurology. ru/videosyuzhety/programma-tk-doktor-kliniki-rossi…
https://www.neurology.ru/videosyuzhety/diagnostika-hronicheskih-narushen…
https://www.neurology.ru/moskovskie-vrachi-razrabotali-tehnologiyu-po-vo…
https://www.neurology.ru/videosyuzhety/syuzhet-o-rabote-nauchnogo-centra…

Основные публикации сотрудников отделения по неинвазивной стимуляции мозга:
1.    Sinitsyn D. O., Chernyavskiy A. Y., Poydasheva A. G., Bakulin I. S., Suponeva N. A., Piradov M. A. Optimization of the navigated tms mapping algorithm for accurate estimation of cortical muscle representation characteristics. BRAIN SCIENCES 2019; 9(4): 1–21.
2.    Korzhova J., Bakulin I., Sinitsyn D., Poydasheva A., Suponeva N., Zakharova M., Piradov M. High-frequency rtms and itbs for spasticity management in secondary-progressive multiple sclerosis. European Journal of Neurology 2019; 26(4): 680-e44.
3.    Пойдашева А. Г., Бакулин И. С., Легостаева Л. А., Супонева Н. А., Пирадов М. А. Метод ТМС-ЭЭГ: возможности и перспективы. Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова 2019: 69(3): 267–279.
4.    Бакулин И. С., Пойдашева А. Г., Павлов Н. А., Супонева Н. А., Пирадов М. А., Афтанас Л. И. Транскраниальная электрическая стимуляция в улучшении функции руки при инсульте. Успехи физиологических наук 2019: 50(1): 90–104. 
5.    Chervyakov Alexander V., Poydasheva Alexandra G., Lyukmanov Roman H., Suponeva Natalia A., Chernikova Ludmila A., Piradov Michael A., Ustinova Ksenia I. Effects of Navigated Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation After Stroke // Journal of Clinical Neurophysiology, 2018. 35(2): p. 166-172 
6.    Korzhova J., Sinitsyn D., Chervyakov A., Poydasheva A., Zakharova M., Suponeva N., Chernikova L., Piradov M. Transcranial and spinal cord magnetic stimulation in treatment of spasticity. A literature review and meta-analysis // European Journal of Physical and Rehabilitation Medicine 2018; 54(1): 75-84.
7.    Супонева Н.А., Бакулин И. С., Пойдашева А.Г., Пирадов М.А., Безопасность транскраниальной магнитной стимуляции: обзор международных рекомендаций и новые данные // Нервно-мышечные болезни, 2017. 7(2): с. 21-36
8.    Пойдашева А.Г., Азиатская Г.А., Чернявский А.Ю., Люкманов Р.Х., Мокиенко О.А., Черникова Л.А., Супонева Н.А., Фролов А.А., Пирадов М.А. Динамика коркового моторного представительства общего разгибателя пальцев на фоне обучения представлению движений с помощью интерфейса мозг-компьютер: контролируемое исследование // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова, 2017. 67(4): с. 473-484
9.    Пойдашева А.Г., Бакулин И.С., Чернявский А.Ю., Супонева Н.А., Пирадов М.А., Картирование корковых представительств мышц с помощью навигационной транскраниальной магнитной стимуляции: возможности применения в клинической практике // Медицинский алфавит, 2017. 2(22): с. 21-25
10.    Chervyakov A.V., Belopasova A.V., Poydasheva A.G., Chernikova L.A., Kadykov A.S., Suponeva N.A., Piradov M.A. Transcranial magnetic stimulation for the treatment of central post-stroke pain // Human Physiology, 2016. 42(8): p. 844-849
11.    Коржова Ю.Е., Червяков А.В., Пойдашева А.Г., Кочергин И.А., Переседова А.В., Захарова М.Н., Супонева Н.А., Черникова Л.А., Пирадов М.А. Применение транскраниальной магнитной стимуляции в лечении синдрома спастичности при вторично-прогредиентном рассеянном склерозе // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры, 2016. 93(5): с. 8-13
12.    Chervyakov A., Sinitsyn D., Chernyavsky A., Piradov, M. Possible mechanisms underlying the therapeutic effects of transcranial magnetic stimulation. Frontiers in Human Neuroscience 2015; 9: 303.
13.    Червяков А. В., Пойдашева А. Г., Коржова Ю. Е., Супонева Н. А., Черникова Л. А., Пирадов М. А. Ритмическая транскраниальная магнитная стимуляция в неврологии и психиатрии. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С.Корсакова 2015; 12: 7-18.
14.    Chervyakov A. V., Bakulin I. S., Savitskaya N. G., Arkhipov I. V., Gavrilov A. V., Zakharova M. N., Piradov M. A. Navigated transcranial magnetic stimulation in amyotrophic lateral sclerosis. Muscle and Nerve 2015; 51(1): 125–131.
 

Электрическая стимуляция мозга улучшила память пожилых людей

Биология Медицина Нейронауки

18:57 23 Авг. 2022

Сложность 4.7

Нейроны мозга, окрашенные в разные цвета

Lichtman J., Livet J., Sanes J. / Harvard University

Американские нейрофизиологи обнаружили, что транскраниальная электрическая стимуляция мозга помогает улучшить кратко- и долговременную память. Для этого пожилых участников эксперимента стимулировали переменным током в течение 20 минут четыре дня подряд. Улучшения памяти после терапии сохранялись у испытуемых в течение одного месяца. Исследование опубликовано в журнале Nature Neuroscience

.

Человеческий мозг обладает двумя формами памяти. Кратковременная, или рабочая, память активируется, например, когда нужно запомнить номер платформы, с которой уходит нужный поезд, или свой выход в аэропорту. Долгосрочная память позволяет запомнить информацию на годы, именно она задействована при обучении в школе или университете. С возрастом оба типа памяти ухудшаются, а нарушения могут развиваться в течение нескольких лет, начиная со среднего возраста. При этом эффективного средства от ухудшения памяти и возможной деменции все еще не существует.

Можно было бы попробовать восстановить память с помощью транскраниальной стимуляции мозга электрическим током — пропусканием слабого постоянного или переменного электрического тока (0,5–2 миллиампера) через кору головного мозга. Такая стимуляция позволяет активировать нервные волокна так, чтобы они приняли на себя функции тех, которые были нарушены.

Но чтобы эффективно использовать такой метод, нужно точно знать, какую область мозга стимулировать и на какой частоте.

Исследователи считают, что за работу памяти отвечают дорсолатеральная префронтальная кора и нижняя теменная долька. При этом неясно, какие именно частоты нужны для активации разных типов памяти в этих областях. Ученые предполагали, что ритмическая активность в диапазонах тета- и гамма-частот влияет как на кратковременную, так и на долгосрочную память. Однако разные группы исследователей получали противоречивые результаты, а в экспериментах участвовали молодые люди, у которых активность мозга отличается от работы мозга пожилого человека.

Роберт Рейнхарт (Robert M. G. Reinhart) и его коллеги из Бостонского университета проверили, как могла бы работать транскраниальная стимуляция, на 150 людях от 65 до 88 лет. Исследователи активировали отделы мозга в течение четырех дней. При этом в каждый день эксперимента участники выполняли задание на немедленное свободное запоминание: им предлагалось запомнить 5 списков из 20 несвязанных между собой слов длиной от 4 до 12 букв.

Во время прослушивания и воспроизведения слов участники носили шапочку с электродами и через нее получали электрическую стимуляцию. После прослушивания каждого списка участникам необходимо было вспомнить услышанные слова за две минуты. Запоминание слов из начала списка говорило о работе долговременной памяти, а из конца — рабочей. Исследователи также тестировали работу памяти у испытуемых спустя месяц после терапии.

Активация участков мозга при транскраниальной стимуляции. Слева — нижняя теменная долька и участки ее активации, справа — дорсолатеральная префрантальная кора. Цветными точками на модели головы отмечено расположение электродов

Grover  et. al. / Nature Neuroscience, 2022

Поделиться

Нейробиологи провели три эксперимента для того, чтобы понять, какие ритмы способны влиять на память в разных областях мозга. В первом эксперименте ученые разделили испытуемых на три группы. У первой группы с помощью тета-ритмов с частотой четыре герца стимулировали нижнюю теменную дольку для воздействия на рабочую память. Вторая группа получала стимулы гамма-ритмами в дорсолатеральной префронтальной коре с частотой 60 герц, что должно было повлиять на функции долговременной памяти. Третья группа была контрольной, и ее участники не получали стимуляцию.

Исследователи обнаружили, что стимуляция нижней теменной дольки на выбранной частоте улучшает запоминание слов из конца списка, что говорит об активации рабочей памяти. А стимуляция дорсолатеральной префронтальной коры на частоте 60 герц влияла на запоминание слов в начале списка, и это отражало работу долговременной памяти. Улучшения в запоминании наблюдались уже к третьему дню эксперимента, а результат сохранялся в течение месяца после электростимуляции.

Проверка памяти после транскраниальной стимуляции электрическим током. По вертикали — вероятность верного воспроизведение услышанных слов. По горизонтали — условное деление слов по вероятности запоминания: эффект первичности, средние значения, эффект новизны. Верхний ряд — контрольная группа, средний — стимуляция дорсолатеральной префронтальной коры, нижний — стимуляция теменной дольки

Grover  et. al. / Nature Neuroscience, 2022

Поделиться

Чтобы подтвердить связь двух областей мозга и типов памяти, команда Рейнхарта провела второй эксперимент. В ходе него нижнюю теменную дольку, наоборот, стимулировали гамма-частотами, а тета-частотами — дорсолатеральную префронтальную кору. Но улучшения памяти после этого исследователи не заметили. И заключили, что тета-частоты улучшают только кратковременную память, а гамма-частоты — только долгосрочную, но не наоборот, как предполагали в предудыщих исследованиях.

Исследователи считают, что необходимы дальнейшие эксперименты, чтобы определить, могут ли эти эффекты сохраняться дольше одного месяца. Помимо потенциальных преимуществ для здоровых пожилых людей, эта технология может быть полезна для улучшения работы мозга у людей с нейропсихиатрическими и нейродегенеративными расстройствами, особенно с селективным дефицитом памяти.

Исследователи не первый раз обращаются к технологии транскраниальной стимуляции переменным током. Мы рассказывали о том, как этот метод помог в борьбе с дислексией.

Ирина Грищенко

Электрическая стимуляция мозга: можно ли «быстро выучить математику и языки» без побочных эффектов?

Сегодня желающих «взбодрить» свой мозг при помощи небольшого электрического разряда появляется всё больше. По некоторым исследованиям, процедура под названием «транскраниальная стимуляция постоянным током» (tDCS), или микрополяризация, помогает выучить математику, без труда овладеть языками, а также повысить работоспособность. Однако, эту точку зрения разделяют не все учёные, пишет lifehacker.com.

Читать далее…

Сторонники такого метода лечения утверждают, что он имеет несравнимо меньше побочных эффектов, чем психотропные вещества. Многочисленные исследования показали, что tDCS позволяет легче усвоить фактически любую информацию, и возможно, применима в лечении ряда психиатрических заболеваний.

На данный момент проводятся клинические испытания терапии для лечения таких расстройств, как депрессия, боль, бессонница, болезнь Паркинсона, шизофрения и различного рода зависимости.

Технологию подхватили любители экспериментировать на себе: стали появляться целые форумы, где можно узнать, как собрать электростимулятор своими руками, или даже приобрести полный набор для проведения терапии в домашних условиях.

Другие же учёные более скептичны в оценках безопасности и эффективности tDCS. Несмотря на многообещающие лабораторные тесты, ни одно из заявленных «преимуществ» не было подтверждено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) США, а недавно под сомнение было поставлено влияние микрополяризации на работу мозга в принципе. Противники метода уверяют, что проведённых исследований – недостаточно, а какой-либо положительный результат даёт всего лишь эффект плацебо. При этом велика вероятность непредвиденных побочных эффектов, например, ожогов.

Когнитивный нейробиолог из Мельбурнского университета Джейсон Форте встревожен тем, какие последствия может иметь бесконтрольное применение tDCS без наблюдения врачей: некорректно собранный или используемый прибор может стать причиной повреждений кожи на местах крепления электродов или нарушения работы сердца.

В учёных кругах такие споры не редкость. Новые лекарства и приборы появляются постоянно, вызывая ажиотаж среди публики и разногласия среди исследователей. Но перед их запуском в производство учёные проводят бесчисленное множество тестов, подтверждающих абсолютную безвредность и полезность, а также оптимальный способ применения новинок.

Однако, благодаря относительной безопасности и простоте сборки необходимого устройства, tDCS набрала популярность среди обывателей гораздо раньше, чем завершились научные исследования. Частные стартапы, такие как The Brain Stimulator, TransCranial Technologies и Halo Neuroscience уже выпустили на рынок сборные приборы для tDCS, которые быстро подхватили отчаянные энтузиасты и безнадёжные пациенты. Это и беспокоит экспертов, выступающих против технологии.

Процедура проста: через электроды в мозг проводится постоянный ток слабой силы (1-2 мА) в течение 20-30 минут в день. В месте прикрепления электродов пациент ощущает лёгкое покалывание или жжение. Передача импульсов осуществляется с помощью химических или электрических сигналов. По мнению учёных, ток малой силы «зажигает» нейроны, в результате чего происходит выброс нейромедиатора (химический передатчик импульсов между нервными клетками) в мозг.

Существуют также транскраниальная стимуляция переменным током, при которой меняется полярность электродов. Учёные полагают, что в этой технологии эффект достигается благодаря активизации не отдельных нейронов, а ритма всего головного мозга, в результате чего можно приводить его в наиболее благоприятное состояние, например, для сна или работы.

Схожая технология – транскраниальная электрическая стимуляция. Фишер Уоллес, глава компании по производству приборов для ТЭС, утверждает, что используемые в терапии модуляторы настроения увеличивают содержание нейромедиаторов в мозге, например, серотонина, но убедительных подтверждений этому нет. Из трёх технологий, только эти приборы одобрены FDA для лечения депрессии, тревоги и бессонницы. Однако появились они на рынке ещё до введения строгих норм соответствия, поэтому не проходили такой проверки, какой подвергаются подобные устройства сегодня.

Наибольший интерес как для исследователей, так и для экспериментаторов-любителей представляет именно стимуляция постоянным током.

Майкла Оксли на создание электростимулятора вдохновила статья по теме на сайте New Scientist. Инженер-конструктор надеялся, что небольшой силы удары током «зарядят» его энергией и повысят концентрацию внимания. Пять лет спустя компания Оксли foc.us продала десятки тысяч шлемов для tDCS, которые якобы стимулируют не только внимание, память и обучаемость, но даже двигательные функции.

Однако бизнесмен признаёт, что его приборы не проходили никаких официальных клинических испытаний, а сам основывается на опытах, проведённых над собой, и более общей научной литературе.

FDA не препятствует подобным заявлениям об устройствах, потому что их не позиционируют как приборы медицинского назначения. Хотя специалист по биомедицинской этике в Пенсильванском университете Анна Векслер считает, что на них следует обратить внимание Федеральной комиссии по торговле, которая уже возбуждала судебные дела против ряда компаний, производящих добавки и препараты, стимулирующие работу мозга.

Оксли подчёркивает, что его продукт никогда не был призван помогать при каких-либо психических расстройствах, и не из-за возможных мер со стороны FDA, а потому, что это было бы безответственно. Но в отзывах об устройствах foc.us некоторые покупатели отмечали, что так они избавились от депрессии. В одном из исследований Векслер подтверждает, что треть пользователей применяют такой способ самолечения при депрессии.

Мэром Биксон, профессор биомедицинской инженерии Городского колледжа Нью-Йорка, считает, что сама по себе электростимуляция мозга не даст особого эффекта без обучения. Он рекомендует использовать технологию до или в процессе освоения нового навыка, например, игры на пианино.

Существует даже поговорка: нейроны «месте запускаются, вместе заплетаются». Активируя нейроны, tDCS помогает усиливать новые связи (синапсы) между ними, создавшиеся в процессе обучения – свойство, которое называется синаптическая пластичность. Именно такая роль технологии в обучении навыкам даёт повод полагать, что она может быть применима найти применение во множестве других сфер.

По мнению профессора, стимуляция мозга постоянным током позволяет изменять силу синапса — не создавать новые, а именно укрепить уже существующие связи между нейронами, таким образом повышая эффективность обучения.

Биксон также считает, что при этом не имеет значения, как на голове размещены электроды и губки, потому что воздействие будет только на нейроны, между которыми формируются новые связи.

В противоположность этому, при лечении тревоги и депрессии учёные нацеливаются на конкретный участок – префронтальную кору головного мозга, которая отвечает за развитие таких расстройств. Ежедневная стимуляция этой части мозга позволяет восстановить активность нейронов до нормального уровня, и соответственно, поднять настроение.

По результатам масштабного исследования, опубликованным в прошлом году, при лечении депрессии tDCS оказалась более эффективной, чем плацебо, но в то же время не настолько действенной, как некоторые виды антидепрессантов.

Каждая участок головного мозга выполняет определённую функцию. Но губка, которая прикладывается к голове при процедуре, слишком велика, и сложно гарантировать, что импульсы не заденут лишние участки.

Некоторые исследователи также обеспокоены возможными побочными эффектами tDCS, особенно в случае психических расстройств, когда необходимо воздействовать лишь на определённую часть мозга. Такая терапия особенно опасна при использовании самодельных стимуляторов людьми, которые не обладают достаточными знаниями в области нейроанатомии.

«Ток проходит через огромную группу нейронов, которые в свою очередь, влияют на целые нейроны сети – именно поэтому чрезвычайно важно правильно располагать электроды», — считает Трейси Ваннорсдал, нейрофизиолог в Школе медицины Университета Джонса Хопкинса. – «Малейшая неточность в размещении электрода на голове может иметь кардинально противоположное влияние на когнитивные способности».

Согласно исследованиям, стимулирование функций одного из участков мозга может отрицательно отразиться на другом. Но наибольшие опасения вызывают новости об ожогах и повреждениях кожи под электродами у любителей самостоятельно экспериментировать над собой.

Некоторые же специалисты считают электростимуляцию абсолютно бесполезной. В ходе своих исследований они не обнаружили никаких изменений в активности мозга или поведении испытуемых. В одном из самых незаурядных опытов – на трупе – учёные доказали, что лишь 10% пропускаемого через кору электрического тока достигает мозга. А значит, воздействие на него tDCS несравнимо меньше, чем они полагали изначально.

Вместо того, чтобы подвергать себя риску и при этом выбрасывать пару сотен долларов на электростимулятор, нейрофизиологи советуют принять участие в одном из 700 клинических тестов, размещённых на clinicaltrials.gov, на которые приглашают как здоровых, так и страдающих болезнями пациентов.

Мэром Биксон убежден, что не всегда стоит так негативно относиться к экспериментам над собой. Конечно, вряд ли кто-то станет навязывать технологию людям, у которых есть проблемы со здоровьем, или чьи близкие нездоровы. Но очевидно, что многие научные исследовательские сообщества видят в электростимуляции будущее.

Ученые СПбГУ показали, что катодная электростимуляция мозга в области зоны Вернике может помочь лучше запоминать абстрактные слова

Результаты исследования, опубликованные в журнале Scientific Reports, в будущем могут помочь в создании новых вспомогательных нейротехнологий и реабилитации людей с когнитивными нарушениями.

Метод транскраниальной электростимуляции представляет собой неинвазивное воздействие на ткани мозга постоянным током — к конкретным местам на голове пациентов или испытуемых прикладывают электроды, создающие слабое электрическое поле. Сегодня его применяют для самых разных целей: от лечения депрессий и болевых синдромов до лучшего запоминания новых слов и даже спортивных техник.

Во время стимуляции активный электрод может передавать положительный электрический заряд (анодная стимуляция) или отрицательный (катодная). Научные исследования показывают, что анодная ТЭС приводит к деполяризации нейронов, считается, что это повышает вероятность их возбуждения при поступлении новой информации. А вот катодная ТЭС, напротив, подавляет возбудимость нейронов, что, казалось бы, должно негативно влиять на изучение новых слов. Однако работа ученых СПбГУ показала, что в случае со сложными когнитивными функциями, а именно с речью, все обстоит не совсем так.

Исследователи провели следующий эксперимент. Участников разделили на три группы по 24 человека. Две из групп получали катодную или анодную стимуляцию зоны Вернике — это часть коры головного мозга, связанная с восприятием речи; еще одна группа — контрольная, в ней испытуемые получали псевдостимуляцию (или плацебо-стимуляцию), при которой ток в электроды не подавался. После этого испытуемые изучали новые конкретные и абстрактные слова на русском языке, значение которых им необходимо было выявить из контекста коротких историй. Результаты обучения оценивались с помощью лексических и семантических заданий как сразу после обучения, так и на следующий день — чтобы выявить эффекты так называемой консолидации памяти.

Чтобы все участники оказались в одинаковых условиях, ученые отобрали очень редко используемые понятия (например: старинная сумка из дуба, бересты, щепы) или понятия из других языков, слов для которых в русском не существует (например: непостижимая сила произведения искусства, которая глубоко трогает человека). Кроме того, исследователи придумали псевдослова, напоминающие русские. Строились они таким образом: брали два русских слова, и в псевдослове использовали первые два слога от одного и последний — от другого (например: «барбарис» и «первенец» превращались в «барбанец»). Одно из контекстных предложений звучало так: «Натуралист Геннадий по характерному запаху понял: рядом барбанец».

Успешность прохождения тестов оказалась разной в зависимости от типа ТЭС, типа слов (абстрактные/конкретные) и проверочных заданий. В группах с анодной и псевдостимуляцией на второй день результаты по усвоению абстрактной семантики были ниже, чем в первый день, — произошло предсказуемое естественное забывание. Однако в катодной группе такое снижение не наблюдалось. Кроме того, обе стимуляционные группы оказались в целом более успешными по сравнению с группой, получившей псевдо-стимуляцию. Особенно ярко этот эффект проявился для абстрактной семантики после катодной ТЭС.

«Наше исследование показало, что в обработке абстрактной и конкретной семантики участвуют различные, но частично пересекающиеся нейронные механизмы. Мы видим, что в усвоении абстрактных слов ключевую роль играют основные языковые области. Причем их катодная электростимуляция делает этот процесс более эффективным», — рассказала первый автор статьи, научный сотрудник лаборатории поведенческой нейродинамики СПбГУ Диана Курмакаева.

Исследовательница отметила, что полученные результаты в будущем могут быть полезны для реабилитации людей с речевыми нарушениями, например, после травм головного мозга или инсультов. В некоторых случаях у таких пациентов сохраняется способность оперировать конкретными понятиями, но пропадает — абстрактными. Так как эта информация по-разному обрабатываются и хранится в мозге, важно знать конкретные зоны и характеристики воздействия на них, чтобы помогать людям восстанавливаться после травм.

Лаборатория поведенческой нейродинамики СПбГУ была создана в рамках мегагранта Правительства РФ — крупного междисциплинарного проекта «Когнитивная нейробиология процессов научения и восприятия языка». Ее руководитель — профессор Юрий Штыров, выпускник СПбГУ, нейрофизиолог, руководитель лабораторий магнито- и электроэнцефалографии в Орхусском университете (Дания). Лаборатория поведенческой нейродинамики занимается изучением взаимосвязи между процессами, которые происходят в нашем мозге, и различными психическими феноменами.

Следующим этапом исследования станет изучение влияния различных видов ТЭС на другую область — зону Брока. Это второй важнейший речевой центр в головном мозге человека, который главным образом отвечает за производство речи.

Методика неинвазивной чрескожной электрической стимуляции спинного мозга

Позвоночно-спинномозговая травма и её последствия являются важной проблемой современной медицины. Одним из новых и перспективных методов реабилитации двигательных функций у таких больных является электрическая стимуляция спинного мозга. В ФГБУ «НМИЦ детской травматологии и ортопедии им. Г. И. Турнера» Минздрава России успешно применяется метод чрескожной электрической стимуляции спинного мозга (ЧЭССМ) у данной категории пациентов для воздействия на нейронные сети различных отделов спинного мозга с целью активации афферентных и эфферентных рефлекторных связей при полном или частичном нарушении супраспинальных влияний различного генеза. Эффективность применения этой методики у пациентов детского возраста со спинальной травмой шейного, грудного и поясничного отделов позвоночника клинически доказана.

С. В. Виссарионов, директор ФГБУ «НМИЦ детской травматологии и ортопедии им. Г. И. Турнера» Минздрава России, руководитель клиники патологии позвоночника и нейрохирургии, член-корреспондент РАН, профессор, д.м.н.

«В лечении детей с переломами позвоночника мы применяем разработанные в Центре имени Г. И. Турнера минимально инвазивные хирургические методики и современные технологии реабилитации. Одна из наиболее эффективных методик восстановительного лечения — это неинвазивная чрескожная стимуляция спинного мозга. На протяжении нескольких лет её использования она показала свою эффективность на десятках сложных пациентов со спинальными травмами, у которых восстанавливалась способность к ходьбе и передвижению».

Особенности методики неинвазивной чрескожной электрической стимуляции спинного мозга

Особенность методики заключается в использовании электрических импульсов сложной формы, в отличие от стандартных прямоугольных. Особая форма стимулирующих импульсов делает токи большой интенсивности, необходимые для эффективного воздействия на спинной мозг, безболезненными для человека с нормальной чувствительностью. Благодаря этому воздействию на спинной мозг и его элементы происходит воздействие токами большой амплитуды, которые эффективно проникают с поверхности кожи в структуры спинного мозга и инициируют непроизвольные шагательные движения, что приводит к увеличению мышечной силы, улучшению тактильной и болевой чувствительности, к возникновению произвольных движений и восстановлению баланса тела.

В зависимости от возраста пациента и уровня расположения стимулирующих электродов подбираются оптимальные параметры силы тока. Каждый из каналов стимулятора выдаёт импульсы тока в диапазоне от 0 до 300 мА с шагом 1 мА. Электроды (катод) фиксируются между остистыми отростками позвонков в зависимости от уровня повреждения спинного мозга, индифферентный электрод (анод) располагается над гребнями подвздошных костей. Средний ток, выдаваемый стимулятором по каждому каналу (постоянная составляющая тока) равен нулю. Это обеспечивает нулевой потенциал на коже в месте приложения электродов, что предотвращает возможный ожог кожи в случае большой амплитуды импульсов. В результате проведённого анализа были определены предельно допустимые величины силы, рекомендуемые для проведения ЧЭССМ в различных возрастных группах. Предельно допустимая сила тока для проведения ЧЭССМ у детей с позвоночно-спинномозговой травмой в возрасте до 7 лет составляет 40мА, от 7 до 12 лет – 80мА, старше 12 лет – 150мА.

Преимущества метода ЧЭССМ:

• Неинвазивность: метод является менее болезненным и травматичным, что особенно важно в детской практике.
• Доступность.
• Возможность стимуляции на разных уровнях спинного мозга одновременно: на 5 сегментов спинного мозга, или на 3 сегмента спинного мозга и на 2 корешка, или на 1 сегмент спинного мозга и 4 корешка спинного мозга.

Метод ЧЭССМ у пациентов при повреждении и аномалии развития спинного мозга и позвоночного канала способствует восстановлению чувствительности, двигательной активности и нормализации функции тазовых органов. Выполнение ЧЭССМ в комплексной терапии с роботированной механотерапией позволяет усилить терапевтический эффект воздействия. Восстановление функций даже одного сегмента спинного мозга значительно улучшает социальную адаптацию и качество жизни таких пациентов. Однако восстановление функций спинного мозга напрямую зависят от ранних сроков хирургического вмешательства. Отсутствие ликвидации сдавления спинного мозга в первые часы от момента травмы вызывает в нём изменения, которые на 80 % необратимы.

Кому показана неинвазивная чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга?

Чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга показана пациентам старше 4 лет с травмой спинного мозга или её последствиями (глубокие парезы, плегия; шкала ASIA – тип А, В), врождёнными пороками развития позвоночного канала и спинного мозга, детским церебральным параличом.

Сроки проведения стимуляции – после заживления послеоперационной раны (у пациентов, перенёсших хирургическое вмешательство) или через 2 недели от момента травмы (у пациентов с повреждениями типа SCIWORA).

Противопоказания для использования метода ЧЭССМ:

• Общее тяжёлое соматическое состояние пациента, обусловленное травмирующим агентом (кома, повреждение внутренних органов, и т. д.).
• Задержка психического развития.
• Нарушение целостности кожных покровов в зоне наложения электродов.
• Индивидуальная непереносимость процедуры ребёнком (эмоциональная лабильность, сниженный болевой порог).
• Эпилепсия с некупированными приступами.
• Выраженная гиперемия кожных покровов, аллергическая реакция в зоне наложения электродов.

Материально-техническое обеспечение метода ЧЭССМ

В ФГБУ «НМИЦ детской травматологии и ортопедии им. Г. И. Турнера» Минздрава России для проведения процедуры ЧЭССМ используются следующие аппараты и расходные материалы:

1. Аппаратно-программный комплекс для чрескожной стимуляции спинного мозга Биостим-5.
2. Накожные электроды для ЧССМ.
3. Роботизированный локомоторный тренажёр «Локомат».
4. Велотренажер «Тера».
5. Имитатор подошвенной опорной нагрузки «Корвит».
6. Пассивная подвесная система «Экзарта».

Тренажеры «Тера» и «Локомат» обеспечивают механостимуляцию нижних конечностей в режиме поочередного сгибания-разгибания в тазобедренных, коленных и голеностопных суставах. Пациентов инструктируют стараться прикладывать усилия в том же направлении, в каком тренажёр двигает конечностями. Кинезиотерапевтическая пассивная подвесная система «Экзарта» позволяет синхронно со стимуляцией выполнять упражнения в подвешенном состоянии, позиционировать тело и преодолевать влияние гравитации.

Алгоритм проведения ЧЭССМ у детей с позвоночно-спинномозговой травмой

На первом этапе проводят оценку тяжести неврологического дефицита с определением типа по шкале ASIA.

Затем выполняют оценку уровня повреждения спинного мозга, что позволяет определить оптимальное количество и уровень расположения стимулирующих электродов.

При повреждении спинного мозга на уровне шейного утолщения и грудных сегментов показано проведение ЧЭССМ на двух уровнях – в зоне повреждения и на уровне поясничного утолщения; при повреждении спинного мозга на уровне поясничного утолщения показано проведение ЧЭССМ на одном уровне (поясничное утолщение).

Необходимо отметить, что пациентам с изолированным повреждением только элементов конского хвоста проведение ЧЭССМ не показано.

Далее проводят дозированный подбор оптимальных параметров силы тока с учётом переносимости процедуры пациентом и его возрастных особенностей.

СИЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ СЛАБОГО ТОКА | Наука и жизнь

Человек садится в кресло, закрывает глаза. Врач накладывает электроды: два — в области лба и два — за ушами, включает аппарат. Ток слабый, 2-3 mА, никаких неприятных ощущений пациент не испытывает. Это — транскраниальная электростимуляция (ТЭС) — метод лечения, прошедший клинические испытания и разрешенный Министерством здравоохранения России. Его применяют врачи разных специальностей в 300 лечебных учреждениях России и стран СНГ, а также в Болгарии, Израиле, США и Канаде. Разработали его ученые из санкт-петербургского Института физиологии им. И. П. Павлова РАН.

Электрошок был одним из средств, рекомендованных американским невропатологом Джорджем Бирдом (1839-1883) для лечения неврастении. Рисунок, 1905 год.

Профессор В. П. Лебедев, директор центра транскраниальной электростимуляции в редакции журнала ‘Наука и жизнь’.

Применение электростимуляции для лечения больного с ожогами 60% поверхности тела в Ожоговом центре НИИ скорой помощи им. Н. В. Склифосовского (Москва).

‹

›

Открыть в полном размере

Я нахожусь в подвальном помещении института, где размещается Центр транскраниальной электростимуляции. Здесь производятся аппараты для электростимуляции под названием «Трансаир» — самые разнообразные, предназначенные для использования в клинике и даже дома. То, что рассказывает директор центра профессор, лауреат Государственной премии СССР Валерий Павлович Лебедев, похоже на фантастику. Оказывается, ТЭС нормализует кровяное давление, снимает стресс, усталость, обезболивает, стимулирует иммунитет, ускоряет процесс заживления ран и ожогов и в довершение всего — тормозит рост раковой опухоли! Сразу вспоминаются телевизионные ролики, рекламирующие средства от всех болезней. Ну не верим мы уже в панацею — общество наконец-то выработало здоровый скептицизм. Можно ли найти объяснение чудесным свойствам ТЭС?

Обратимся к истории вопроса. Физиологам давно известно, что с помощью импульсного электричес кого тока можно добиться угнетения проведения сигнала через нервные клетки коры головного мозга млекопитающих. Действие тока на головной мозг начал изучать французский физиолог С. Ледюк в 1902 году для получения эффекта наркоза. Исследования продолжались в лабораториях многих стран — Франции, России, США — до середины 70-х годов. Многолетние усилия физиологов не принесли желаемых результатов — электростимуляция не снимала симптомы бессонницы, а наркоз под действием электрического тока напоминал больше электрошок и оказался очень опасным для здоровья. Возможно, так случилось потому, что электрофизиологические опыты проводились бессистемно, носили чисто прикладной характер и не имели строгой научной основы.

В начале 80-х годов перед научной группой под руководством В. П. Лебедева была поставлена задача модифицировать электростимуляторные приборы, которые в то время использовались (не слишком успешно) в отдельных ленинградских больницах при обезболивании родов. Ученые провели множество экс-периментов на лабораторных животных, подбирая оптимальные условия для получения максимального физиологического эффекта. Тогда профессор Лебедев впервые ввел в медицинскую практику термин «транскраниальная электростимуляция» (от латинских слов «trans» — через и «cranium» — череп).

Как показали результаты проведенных исследований, добиться того, чтобы электростимуляция положительно действовала на нервную систему, можно. Нужно просто очень точно подобрать режим и правильно установить электроды на голове пациента. Оказалось, что электростимуляция действительно снимает болевой синдром, но только в определенном — довольно узком — диапазоне параметров тока, которые различны для разных видов животных. Для человека оптимальная «обезболивающая» частота импульсного тока — около 77 Гц, при отклонении ее хотя бы на 7-10 Гц эффект резко снижается. Обезболивающий эффект возникает лишь тогда, когда электроды ориентированы ото лба к затылку. При соблюдении режима (частота тока и положение электродов) обезболивающий эффект сохранялся еще 8-12 часов после окончания стимуляции.

Каков же механизм обезболивающего действия ТЭС? За обезболивание отвечают определенные структуры мозга: ядра (скопления нейронов) гипоталамуса и шва и так называемое околоводопроводное серое вещество — нейроны, окружающие полости — «водопровод» мозга. При найденных группой Лебедева оптимальных условиях электрической стимуляции эти нервные клетки выделяют из своих окончаний вещество — бета-эндорфин. Оно-то и есть тот «добрый волшебник», который снимает боль. А один сеанс ТЭС увеличивает содержание бета-эндорфина в плазме крови и спинномозговой жидкости в несколько раз. Поэтому ТЭС можно успешно применять (и уже широко применяют) для лечения различных болевых синдромов: при радикулитах, остеохондрозах, головной и зубной боли. Правильно применяя электростиму ляцию, можно исключить или значительно снизить дозу наркотических препаратов даже при хирургическом вмешательстве.

Бета-эндорфин относится к очень интересной группе короткоцепочечных белковых молекул, называемых опиоидными пептидами. Это эндогенные (то есть синтезирующиеся в нашем организме) вещества, обезболивающее и успокаивающее действие которых обусловлено их взаимодействием со специальными местами связывания на мембране нервной клетки — опиатными рецепторами. С ними взаимодействует и наркотическое вещество — морфин, также оказывающий обезболивающее действие.

Важнейшим инструментом исследования опиоидной системы является синтетическое вещество — налоксон. По структуре оно похоже на молекулу морфина, но не обладает его биологической активностью. Налоксон прочно связывается с опиатными рецепторами, как бы «блокируя» их. Введение налоксона приводит к «вытеснению» молекул опиоидных веществ с рецепторов, и их успокаивающее и обезболивающее действие исчезает. Значит, если налоксон отменяет действие какого-либо соединения, это доказывает опиоидную природу эффекта (значит, проверяемое вещество оказывает физиологичес кое действие посредством связывания с опиатными рецепторами).

Обезболивание — самый наглядный, но далеко не единственный эффект электростимуляции, их, как уже говорилось, — множество. В кабинете профессора Лебедева весит большая схема, на которой они представлены. Почему же эта методика так универсальна? Попробуем разобраться.

ТЭС нормализует кровяное давление. Именно нормализует, то есть у гипертоников снижает, а у людей с низким давлением повышает. Почему? Эффект отменяется при введении налоксона, и следовательно, имеет опиоидную природу. «Нарушение нормального кровяного давления означает сбой в работе вазомоторного центра в продолговатом мозге, — объясняет Валерий Павлович. — Такой сбой могут вызывать внешние воздействия, например стресс. Опиоидные пептиды регулируют работу вазомоторного центра, и давление нормализуется». Поэтому метод успешно используется для лечения сосудистых спазмов различного происхождения, гипертонии, гипотонии, вегетососудистой дистонии. Но тем не менее применять ТЭС при гипертоническом кризе и при гипертонической болезни III стадии не стоит.

ТЭС стимулирует работу иммунной системы, повышает сопротивляемость организма к различного рода инфекционным заболеваниям. Каким образом? Оказывается, лимфоциты — клетки, отвечающие за иммунный ответ, имеют на своей поверхности множество опиатных рецепторов. Бета-эндорфин, попадая в кровяное русло, взаимодействует с ними, таким образом активируя лимфоциты и побуждая их более интенсивно уничтожать чужеродные для организма белки, вирусы и клетки. Более того, иммуностимулирующее действие ТЭС настолько сильно, что иногда может избавить больного от аллергии.

Бета-эндорфин не только обезболивающее средство, он может действовать как антидепрессант и анксиолитик (лекарство, снимающее синдром тревоги). Это вещество отвечает за наше настроение, чувство комфорта, а повышенное его содержание в плазме крови даже может вызывать эйфорию. Если концентрация бета-эндорфина достаточно высока, у человека хорошее настроение и высокая самооценка, а если понижена — человек ощущает неуверенность, тревогу, легко впадает в депрессию.

Поэтому неудивительно, что электростимуляцией мозга можно лечить депрессии и синдром хронической усталости (см. «Наука и жизнь» № 12, 2000 г.). Синдром хронической усталости в последнее время поражает все больше людей среднего и молодого возрастов. Больные постоянно чувствуют себя смертельно уставшими, их внимание рассеяно, настроение снижено. Пациенты, прошедшие лечение методом ТЭС в московской Клинике неврозов, после нескольких сеансов стали чувствовать себя намного лучше, изменились и объективные показатели психофизиологических тестов. Электростимуляция снимала усталость и у практически здоровых людей в конце рабочего дня. Одного сеанса было достаточно, чтобы они почувствовали себя отдохнувшими, признаки утомления исчезали.

Есть еще одна сфера применения ТЭС — с ее помощью можно эффективно проводить адаптацию солдат-новобранцев к воинской службе. Оказалось, что электростимуляция вырабатывает у солдат нервно-психологическую устойчивость к армейской жизни. Поэтому сегодня метод профессора Лебедева нашел применение там, где психологически неустойчивому новобранцу просто не выжить, — в Чечне.

ТЭС эффективно борется и с двумя страшными бедами, которые в последние годы буквально одолели наше общество, — наркоманией и алкоголизмом. Наркотические вещества, как и алкоголь, действуя через все те же опиатные рецепторы, вызывают у человека состояние эйфории. Электростимуляция мозга помогает в лечении абстинентного синдрома и избавляет от наркотической зависимости и тяги к алкоголю. Идея лечения такова. Наркотики и алкоголь — это сверхстимуляторы опиатных рецепторов. При регулярном их потреблении опиатная система постоянно «подстегивается» и постепенно ослабевает, теряет чувствительность. Возникает состояние толерантности, то есть когда для достижения эффекта эйфории требуется все больше и больше наркотиков и алкоголя. Общепринятый метод лечения основан на блокаде опиатных рецепторов — больным вводят налоксон. Петербургские ученые предлагают альтернативный подход — не угнетать, а развивать, активизировать собственную опиатную систему, чтобы внешние стимуляторы стали не нужны. И достичь этого можно электростимуляцией. Кстати, электростимуляция не исключает традиционные методы лечения алкоголизма и наркомании. По мнению Валерия Павловича Лебедева, ТЭС вполне успешно можно сочетать с известной программой «Детокс».

Следующий эффект ТЭС сначала кажется невероятным — ускорение заживления ран и ожогов. Как и почему это происходит? Ведущий научный сотрудник Ожогового центра НИИ скорой помощи им. Н. В. Склифосовского профессор Лариса Ивановна Герасимова так оценивает новый метод лечения.

«У ожоговых больных при действии импульсного тока наблюдался выраженный обезболивающий эффект. При снятии болевого синдрома улучшается кровообращение в периферических тканях, а следовательно, у больных усиливаются репаративные процессы — лучше идет заживление. Кроме того, у них налаживается сон, улучшается аппетит, они становятся спокойнее. Ведь ожог — это тяжелейшая психическая травма, огромный стресс, с последствиями которого необходимо бороться».

Врачи Ожогового центра провели научные исследования и «поймали» повышение концентрации бета-эндорфина в крови больных после сеанса электростимуляции. Но и не только это. Оказалось, что в крови увеличивается также содержание соматотропного гормона (гормона роста), который, как и инсулин, является анаболическим, то есть стимулирующим синтез новых клеточных белков. Возможно, что именно этим и обусловлено ускорение репаративных процессов в тканях под действием ТЭС.

Электростимуляцию также успешно применяли и в кардиологическом отделении Института Склифосов ского (заведующий отделением — академик РАМН А. П. Голиков) для реабилитации больных в остром периоде инфаркта миокарда. Ведь ТЭС может стимулировать регенерацию не только кожи, но и соединительной ткани, поэтому она ускоряет заживление послеинфарктных рубцов.

Еще одна сфера действия электростимуляции: она способствует восстановлению поврежденных нервных волокон. Сначала ученые Центра ТЭС показали это в экспериментах на лабораторных крысах. А затем врачи применили метод для лечения туго-ухости, возникающей при повреждении слухового нерва. Электростимуляция ускоряет также регенерацию печеночной ткани, а при токсическом гепатозе (например, у токсикоманов) — восстановление ее функции. В случае восстановления функции печени ТЭС действует эффективнее, чем широко известный препарат эссенциале.

По словам профессора Лебедева, подробный биохимический механизм ТЭС не установлен, но, по-видимому, в нем задействована не только опиоидная система. Было показано, что после сеанса электростимуляции наряду с повышением содержания бета-эндорфина в крови возрастает концентрация и других важнейших нейромедиаторов, например серотонина.

Какова роль серотонина в механизме физиологического действия ТЭС пока не ясно. Есть предположение, что именно выработка серотонина играет роль в улучшении внимания и памяти после электростимуляции. ТЭС помогает детям, которые не могут усидеть на месте, сосредоточиться и поэтому испытывают трудности в учебе. В санкт-петербургском Институте мозга установили, что ТЭС влияет на них положительно — повышаются внимание и усидчивость. Методику также применяли и на престарелых пациентах психоневрологических интернатов, наблюдали улучшение состояния и настроения больных, восстановление памяти и повышение дееспособности.

Ну и, наконец, терапия раковых опухолей. ТЭС успешно испытывали в Институте онкологии им. Н. Н. Петрова в Санкт-Петербурге при гепатоме, раке яичников, лимфосаркоме. Лебедев подчеркнул, что ТЭС — это не физиотерапия (она для онкологических больных абсолютно недопустима). Электрическая стимуляция, прежде всего, альтернатива наркотику морфину, применяющемуся в качестве обезболива ющего средства у больных раком. Также, по наблюдениям практикующих врачей, ТЭС замедляет рост опухоли и улучшает общее состояние пациентов. Механизм действия — в усилении иммунного ответа. Особенно важно, что бета-эндорфин активирует «клетки-киллеры», уничтожающие злокачественные раковые клетки.

Итак, влияние ТЭС поистине универсально, и каждому эффекту находится объяснение. Но если дело главным образом в вездесущем бета-эндорфине, то получается, что терапевтического эффекта можно добиться, стимулируя выработку этого вещества любым другим способом. Опиоидные пептиды — эндорфины (гормоны гипоталамуса и гипофиза) и энкефалины (гормоны коры надпочечников) выделяются в организме при положительных эмоциях, при получении удовольствия. Неужели наше здоровье так напрямую связано с настроением, душевным и физическим комфортом? Значит, можно повысить уровень бета-эндорфина не только с помощью электродов, а дружеским общением, хорошей музыкой, прогулкой в лесу, наконец, вкусной едой и сексом? Не новость, что все эти факторы сказываются на здоровье положительно, но вот до какой степени и можно ли это сравнить с влиянием транскраниаль ной электростимуляции? Ответы на эти вопросы, вероятно, даст медицина будущего.

Warning over electrical brain stimulation

• Published

  24 August 2014

• comments

  Comments

Image source, Spl

By Melissa Hogenboom

Science reporter, BBC News

Given the option , хотели бы вы думать быстрее и иметь более острое внимание? Исследования показывают, что наборы для электрической стимуляции мозга могут иметь именно такие эффекты. Но теперь некоторые компании продают такие устройства в Интернете, что приводит к призывам регулировать технологию.

Это может звучать слишком хорошо, чтобы быть правдой, но ученые говорят, что технология многообещающая.

Транскраниальная стимуляция постоянным током (TDCS), при которой небольшие электрические токи направляются непосредственно на кожу головы, стимулируя нервные клетки головного мозга (нейроны).

Это неинвазивное, чрезвычайно мягкое средство, и американские военные даже используют TDCS, пытаясь улучшить работу своих пилотов-дронов.

Идея состоит в том, что это повышает вероятность возбуждения нейронов, и предварительные исследования показывают, что электрическая симуляция может улучшить внимание, а также оказать положительное влияние на людей с когнитивными нарушениями и депрессией.

Также было показано, что он увеличивает производительность при выполнении математических задач, улучшение, которое все еще имело место шесть месяцев спустя.

Автором этой работы является доктор Рой Коэн Кадош из Оксфордского университета. Он использует TDCS, чтобы посмотреть, как улучшаются когнитивные функции.

Это видео невозможно воспроизвести

Чтобы воспроизвести это видео, вам необходимо включить JavaScript в вашем браузере.

Заголовок в СМИ,

Доктор Ханна Маслен объясняет, почему ее команда хочет регулировать устройства TDCS

Он говорит: «Исследования показали, что, подавая электричество в правую часть мозга, мы можем изменить порог нейронов, которые передают информацию в нашем мозгу, и тем самым мы можем улучшить когнитивные способности в различных типах психологических функций. .»

Исследования, подобные его, возможно, являются причиной того, что коммерческие компании хватаются за эту технологию и в значительной степени продвигают ее как способ помочь геймерам продвинуться вперед.

«Гарнитура для геймеров, возьмите на себя ответственность. .. Разгоните свой мозг», — так продвигает ее одна компания. Другой заявляет: «Можете ли вы учиться на 20-40% быстрее, уменьшать боль, чувствовать себя лучше, увеличивать энергию или снижать стресс с помощью tDCS? Исследования говорят: ДА!»

«Непреднамеренные результаты»

Ученые говорят, что если эти устройства используются неправильно, они могут быть вредными.

«Если они делают заявления об играх, это очень далеко от заявлений о лечении, которые могут быть связаны с помощью пациентам, перенесшим инсульт, или людям, страдающим депрессией», — предупреждает Ханна Маслен из Оксфордской школы Мартина в Оксфордском университете.

Электроды одного устройства, замеченного Оксфордской школой Мартина (ниже), расположены так, что они стимулируют область мозга под лбом.

Источник изображения, Оксфордская школа Мартина

Здесь расположена префронтальная кора, участвующая в когнитивных процессах высокого уровня, таких как внимание.

Но в лаборатории доктора Коэна Кадоша электрическая стимуляция используется в контролируемой среде не более 20 минут за раз и только для участников, прошедших строгий медицинский осмотр.

Ученые, в конце концов, прикрепляют электроды к мозгу, что, по их словам, может привести к неожиданным результатам.

Например, могут быть затронуты другие области мозга, отличные от предполагаемых, и в некоторых случаях стимуляция может ухудшить, а не улучшить функцию, если изменить полярность стимуляции.

Д-р Коэн Кадош говорит: «Вы можете использовать стимуляцию, которая может быть вам не полезна, вам нужно знать, как долго стимуляция, в какое время и с какой интенсивностью».

Недавно другая группа исследователей призвала к «спокойствию и осторожности» в отношении этих устройств, когда речь идет о развивающемся мозге из-за известных рисков. Они могут включать судороги и изменения настроения.

Автор этой работы, Ник Дэвис из Университета Суонси, объясняет, что, поскольку мозг продолжает развиваться до 20 лет, стимуляция в этой возрастной группе будет иметь более сильное воздействие.

Источник изображения, Коэн Кадош

Подпись к изображению,

Устройства электростимуляции в Оксфордском университете могут подавать токи на различные части мозга

И что еще больше беспокоит его, люди все чаще сами изготавливают наборы для стимуляции мозга. Это легко «помещает технологию в сферу сообразительных подростков», — добавляет доктор Дэвис.

Активный форум на Reddit посвящен этой технологии, и люди там жалуются на «сгорание до кожи головы». Другой пользователь написал, что они «казалось, часто злятся» после использования TDCS.

«Это люди, которые, вероятно, будут делать это в более высокой дозе, чем ученый или клиницист дал бы пациенту, и менее осведомлены о потенциальных рисках», — говорит доктор Дэвис.

Использование ажиотажа

Вот почему команда из школы Оксфорд Мартин в Оксфордском университете призывает к регулированию коммерческих устройств.

Ведущий автор этой статьи, д-р Маслен, объясняет, что, поскольку они предназначены для геймеров и не предъявляют никаких претензий по поводу лечения, они не нуждаются в регулировании.

«Если вы заявите о лечении, что устройство облегчит симптомы или вылечит известное заболевание или болезнь, устройство автоматически подпадет под действие директивы о медицинских устройствах и законодательства, связанного с ней».

Ее команда не хочет ограничивать доступ к устройствам для улучшения когнитивных функций, но хочет, чтобы потребители имели «информацию, необходимую им для оценки рисков, на которые они готовы пойти ради получения потенциальных выгод».

Другая проблема заключается в том, что наука, стоящая за этими устройствами, не готова к коммерческому рынку, о чем говорит Стивен Новелла, невролог из Йельского университета. Он говорит, что компании ухватились за рекламу исследований, которые еще не совсем готовы для всего мира, потому что это «звучит очень продвинуто и сексуально».

«Есть много опубликованных данных, из которых может показаться, что это проверенные методы лечения, но я думаю, что маркетинг на пару шагов опережает науку.

«Любое устройство с медицинскими заявлениями о том, что оно предназначено для воздействия на нашу биологическую функцию, должно соответствующим образом регулироваться. Регулирование — это единственное, что создает мотивацию тратить деньги и тратить время на надлежащие исследования», — добавляет он.

Предложения о повышенном внимании и облегчении определенных заболеваний означают, что интерес к электрической стимуляции неизбежно возрастет, но если исследования продолжат показывать многообещающие результаты, ясно, что к TDCS нужно относиться с некоторой осторожностью.

Подписывайтесь на Мелиссу в Твиттере

BBC не несет ответственности за содержание внешних сайтов.

Использование электричества, чтобы думать и чувствовать по-новому · Границы для юных умов

Аннотация

Знаете ли вы, что, читая это, ваш мозг посылает химические и электрические сигналы, чтобы помочь вам понять слова и их значение? Ваш мозг состоит из сети маленьких клеток, называемых нейронами, которые общаются электрохимически, чтобы вы могли думать, чувствовать и взаимодействовать с окружающим миром. Поскольку за активность мозга отвечают электрические заряды, электрическая стимуляция, в свою очередь, может использоваться для изменения функционирования мозга. Стимуляция мозга использовалась для лечения расстройств настроения и стресса, и она даже может помочь людям решать проблемы, запоминать информацию и лучше концентрировать внимание. К счастью, многие из областей мозга, которые контролируют эти функции, расположены в коре, которая является внешним краем мозга, ближайшим к черепу. До коры головного мозга можно добраться с помощью метода, называемого транскраниальной (в череп) стимуляцией постоянным током (9).0123 tDCS для краткости). В этой статье мы обсудим, как можно использовать tDCS, чтобы помочь людям думать и чувствовать по-другому.

Электрическая стимуляция мозга может быть безопасным и эффективным способом временного изменения мозговой активности без хирургического вмешательства. Зачем нам изменять активность мозга? Что ж, люди с повреждением или расстройством головного мозга могут решить потенциально проблемные паттерны мозговой активности с помощью стимулирующей терапии. Люди со здоровым функционированием мозга также могут получить пользу от стимуляции мозга, улучшая регуляцию эмоций, внимание, способность к обучению, решению проблем и памяти. Вам может быть интересно, как можно стимулировать мозг, не вскрывая череп. Электричество от аппарата для стимуляции проходит через ваш череп, воздействуя на электрические сигналы, отвечающие за активность мозга. В этой статье мы обсудим один из наиболее часто используемых типов стимуляции мозга, используемых для изменения мозговой активности: транскраниальную стимуляцию постоянным током (tDCS).

Клетки мозга используют электричество и химические вещества для общения

Нейроны — это клетки мозга. Нейроны используют как электрические заряды, так и химические вещества, называемые ионами , для связи друг с другом. Мы говорим, что нейроны имеют электрохимический заряд, и этот заряд меняется в зависимости от того, находится ли нейрон в покое или посылает сигнал. Внутри и между нейронами находится жидкость, содержащая ионы, представляющие собой атомы или молекулы, имеющие положительный или отрицательный заряд. Когда нейрон находится в состоянии покоя, внутри него больше отрицательных ионов, а снаружи больше положительных ионов (рис. 1А), что придает мембране нейрона отрицательный заряд. Когда происходит активность мозга, положительные ионы устремляются через каналы в нейронной мембране (рис. 1В), и когда заряд становится достаточно высоким, нейрон посылает сигнал для связи с соседними нейронами (рис. 1С). Думайте об этом как о спичке, которую нужно зажечь с достаточной силой; как только она искрит, вся спичка загорается. Электрическая стимуляция кожи головы может воздействовать на электрохимическую активность мозга и изменять заряды нейронов без хирургического вмешательства. Поскольку одновременно активируется не один нейрон, а скорее «популяция» нейронов, изменение заряда жидкости, окружающей популяцию нейронов, может оказать существенное влияние на активность мозга.

• Рисунок 1. (A) Электрохимическое состояние нейрона в состоянии покоя по сравнению с (B) нейроном, посылающим сигнал.
• Желтые кружки обозначают отрицательно заряженные ионы, а розовые кружки — положительно заряженные ионы. В состоянии покоя внутри клетки больше отрицательных ионов, а снаружи больше положительных ионов, поэтому говорят, что нейрон имеет общее отрицательное напряжение. Когда нейрон активируется, положительные ионы устремляются в клетку, а отрицательные ионы устремляются наружу, делая напряжение внутри клетки в целом более положительным. (C) Это изменение заряда затем распространяется по длине клетки, чтобы активировать соседнюю ячейку.

Как транскраниальная стимуляция постоянным током влияет на нейроны?

На группу нейронов можно воздействовать с помощью tDCS, который использует электрический ток для изменения электрохимической активности определенной области мозга. Два резиновых электрода располагаются на голове для нацеливания на интересующую область мозга, и эти электроды образуют электрическую цепь, посылая ток через кожу и череп, воздействуя на мозг под ним (рис. 2) [1].

• Рис. 2. Возможная установка электрода tDCS.
• В этом примере левая ДЛПФК получит отрицательно заряженную стимуляцию. Как указано стрелками, ток течет от машины tDCS через красный провод к отрицательному электроду. Затем ток продолжается от отрицательного электрода к положительному (через череп и мозг человека), а затем обратно по синему проводу к самой машине, создавая замкнутую цепь. В результате протекания этого тока целевые нейроны в левой DLPFC с меньшей вероятностью отправят сигналы в другие части мозга из-за отрицательного заряда в мозгу возле этого электрода.

Как эти электрические поля влияют на активность нейронов? Поскольку tDCS посылает ток от одного электрода к другому только в одном направлении, стимуляция создает положительный заряд под одним электродом и отрицательный заряд под другим. Эти заряды по-разному влияют на нейроны. Возвращаясь к аналогии со спичками, различные условия могут сделать спичку более или менее вероятной для возгорания, например, нахождение под палящим солнцем или во влажном климате. tDCS работает, увеличивая или уменьшая заряд окружающих популяций нейронов, делая их более или менее склонными к отправке сигналов. Если вы выстроите спички в ряд, поджег одну, подожжет другую. Нейроны взаимодействуют аналогичным образом, посылая сигналы соседним нейронам, которые затем посылают сигналы другим нейронам и так далее.

Для чего можно использовать tDCS?

Регулирование эмоций

Небольшая грусть и стресс — обычное дело в жизни, и большинство людей испытывают эти эмоции в разумных количествах. Однако длительные периоды депрессии, беспокойства и стресса иногда могут быть индикаторами нарушений регуляции настроения, которые сказываются на психическом (и физическом) здоровье. Ферруччи и др. [2] использовали tDCS для уменьшения симптомов одного очень распространенного расстройства регуляции настроения, известного как большое депрессивное расстройство (БДР). Это расстройство связано с постоянным чувством грусти, низким уровнем энергии, изменениями аппетита и потерей интереса к деятельности. Эти симптомы длятся долго и, как считается, вызваны дисбалансом активности в головном мозге. Сканирование головного мозга показывает более низкую, чем обычно, активность нейронов в области передней части мозга, называемой левой дорсолатеральной префронтальной корой (ДЛПФК; см. Рисунок 3), а иногда активность нейронов выше нормы в правой ДЛПФК. DLPFC имеет связи с эмоциональными областями, расположенными глубже в мозгу, и поэтому играет важную роль в контроле настроения. В этом исследовании участники с тяжелой депрессией сначала заполняли анкеты, чтобы оценить свое настроение. Затем в течение 5 дней подряд испытуемым проводили стимуляцию левой ДЛПФК по 20 мин дважды в день. Участники снова заполнили анкеты о настроении сразу после tDCS, и большинство из них показали улучшения по всем из них! Даже при тестировании месяц спустя участники все еще демонстрировали ослабленные симптомы грусти и депрессии.

• Рисунок 3. Области мозга, связанные с различными функциями, обсуждаемыми в этой статье.

Существует множество других исследований, в которых tDCS применяется к DLPFC для лечения депрессии. Однако исследование Ферруччи особенно интересно тем, что все пациенты были отобраны потому, что ранее они не реагировали на антидепрессанты. tDCS может лучше всего уменьшить симптомы депрессии в сочетании с лекарствами и другими формами лечения, но интересно знать, что сама по себе стимуляция также может помочь.

Улучшение когнитивных функций

Познание — это акт понимания окружающего мира с помощью мысли. Это понимание требует сочетания внимания, обучения и решения проблем, а также памяти. Различные когнитивные процессы зависят от разных частей мозга, и стимуляция мозга может применяться к разным областям для поощрения и улучшения различных аспектов познания. Давайте поговорим о нескольких конкретных когнитивных функциях, на которые, как было показано, влияет tDCS.

Внимание

Помимо участия в регуляции настроения, ДЛПФК играет важную роль в обеспечении внимания и импульсов. DLPFC менее активен у людей с синдромом дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). СДВГ мешает сосредоточиться на одном предмете или задаче за раз, игнорировать отвлекающие факторы и контролировать импульсивное поведение. Однако исследование 37 пациентов с СДВГ показало, что стимуляция ДЛПФК с помощью tDCS повышала их способность концентрировать внимание. Участники выполняли набор заданий, в которых они должны были реагировать только на некоторые стрелки или буквы, представленные на экране, игнорируя при этом другие. После tDCS участники с меньшей вероятностью реагировали на изображения, которые они должны были игнорировать, что показывало, что они могли более эффективно контролировать свое поведение [3].

Обучение

Обучение и решение проблем являются важными когнитивными процессами, которые можно улучшить с помощью стимуляции мозга. Область мозга, которую необходимо стимулировать для усиления этих процессов, зависит от того, что и как изучает человек. Например, исследователи знают, что, когда мы мысленно манипулируем числами, активируется правая теменная доля мозга (расположение теменной доли см. на рис. 3). Зная это, исследователи [4] применили tDCS к правой теменной доле здоровых взрослых, пока эти взрослые изучали взаимосвязь между случайными символами и присвоенными им числовыми значениями. Изучая фальшивую систему счисления, треть участников получили положительный заряд правой теменной доли, треть получила отрицательный заряд правой теменной доли, а треть получила фальшивую (или «фиктивную») стимуляцию правой теменной доли. доля. После того, как участники завершили этап обучения, они были проверены на свои вновь приобретенные числовые знания. Результаты этого исследования показали, что участники, получившие возбуждающую стимуляцию, продемонстрировали лучшее понимание ложной системы счисления и приобрели это понимание быстрее, чем группы торможения и ложной стимуляции. Кроме того, спустя 6 месяцев исследователи выяснили, что то, что они узнали о фальшивой системе счисления, сохраняется с течением времени! Основываясь на этом исследовании, мы знаем, что возбуждающая tDCS может улучшить наши способности к численному обучению при применении к правой теменной доле во время обучения [4].

Решение проблем

Стимуляция мозга также может улучшить способность решать проблемы. Группа исследователей [5] исследовала, могут ли они использовать стимуляцию мозга, чтобы помочь участникам лучше решать проблемы. Исследователи стимулировали мозг в двух местах: переднюю правую височную долю (rATL) и левую переднюю височную долю (lATL) (расположение височной доли см. на рис. 3). Височные доли связаны с нестандартным мышлением и систематическим решением проблем. Одна группа участников получила положительный заряд на rATL и отрицательный заряд на lATL. Другая группа получила обратное: отрицательный заряд на rATL и положительный заряд на lATL. Третья группа получила фальшивую стимуляцию. Во-первых, участники были обучены решать проблему, используя определенную стратегию. Затем, после получения 5 минут tDCS, их попросили решить аналогичную задачу, требующую нестандартного мышления. Шестьдесят процентов участников, получивших положительный заряд на rATL и отрицательный заряд на lATL, смогли успешно решить вторую версию задачи до того, как их время истекло. Только 20% участников, получивших реверс, смогли решить задачу, что было примерно таким же процентом людей из поддельного условия, которые ее решили. Это исследование является ярким примером того, как tDCS может улучшить способность решать проблемы [5].

Память

Когда вы встречаете нового друга, вы сначала узнаете его или ее имя. В течение следующих нескольких взаимодействий с этим человеком вам часто приходится напоминать себе имя этого человека, пока вы не запомните его. Этот тип памяти на фактические знания называется декларативной памятью. Когда мы спим, наш мозг закрепляет новые декларативные воспоминания, полученные в течение дня, в нашу долговременную память. Исследователи из Германии показали, что применение tDCS к спящему мозгу может улучшить декларативную память у здоровых взрослых. До стимуляции участники этого исследования выучили 46 пар слов (например, «крыло птицы»). Выучив пары слов, некоторые участники заснули, а другие бодрствовали и смотрели видео. Половина спящих участников получила возбуждающую стимуляцию лобных долей, а половина — фальшивую стимуляцию (то же самое и с бодрствующими участниками). Проснувшись, участники в состоянии сна прошли тест на припоминание, чтобы увидеть, насколько хорошо они запомнили пары слов из предыдущего. Условие пробуждения сделало то же самое после того, как они закончили просмотр видео. Результаты показали, что участники, которые получали возбуждающую стимуляцию во время сна, смогли запомнить больше пар слов по сравнению с теми, кто находился в состоянии бодрствования, а также по сравнению с группой, которая получила фальшивую стимуляцию! Возбуждающая стимуляция не помогла участникам в состоянии бодрствования справиться с тестом на припоминание лучше, чем те, кто получил фальшивую стимуляцию [6]. Этот эксперимент не только демонстрирует важность хорошего ночного сна, но и способность стимуляции мозга улучшать память.

Почему это исследование важно?

Исследование, обсуждаемое в этой статье, показывает, что tDCS может быть полезна для улучшения различных функций мозга, включая регулирование эмоций и улучшение когнитивных функций, таких как внимание, обучение, решение проблем и память. Но это важное исследование также напоминает нам, как много еще предстоит узнать. Стимуляция мозга может положительно повлиять на то, как мы думаем и чувствуем, но в настоящее время tDCS может получить доступ только к внешним слоям мозга. Из-за этого до сих пор есть несколько функций мозга, которые не были исследованы с помощью этой технологии. Технологии могут развиваться в будущем, проникая в более глубокие структуры мозга, лежащие ниже коры. Использование tDCS, вероятно, будет продолжать расти, поэтому следите за новыми захватывающими открытиями в области стимуляции мозга!

Глоссарий

Нейрон : ↑ Клетки, расположенные в мозгу, которые обрабатывают и передают информацию внутри мозга, а также между мозгом и телом.

Ион : ↑ Электрически заряженная частица.

Электрохимический : ↑ Использование как электрической, так и химической энергии.

Познание : ↑ Умственные процессы, с помощью которых мы думаем, понимаем, обращаем внимание, решаем проблемы, запоминаем информацию и воспринимаем окружающий мир.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

---

Каталожные номера

[1] ↑ Paulus, W. 2011. Методы транскраниальной электростимуляции (tES-tDCS; tRNS, tACS). Нейропсихология. Реабилит. 21: 602–17. дои: 10.1080/09602011.2011.557292

[2] ↑ Ферруччи Р., Бортоломази М., Вергари М., Тадини Л., Сальворо Б., Джакопуцци М. и др. 2009 г.. Транскраниальная стимуляция постоянным током при тяжелой, резистентной к лекарствам большой депрессии. Дж. Аффект. Беспорядок. 118:215–9. doi: 10.1016/j.jad.2009.02.015

[3] ↑ Allenby, C., Falcone, M., Bernardo, L., Wileyto, E.P., Rostain, A., Ramsay, J.R., et al. 2018. Транскраниальная стимуляция мозга постоянным током снижает импульсивность при СДВГ. Мозговой стимул. 11: 974–81. doi: 10.1016/j.brs.2018.04.016

[4] ↑ Хаузер, Т. У., Ротцер, С., Грабнер, Р. Х., Мериллат, С., и Янке, Л. 2013. Повышение производительности при обработке числовых значений и ментальной арифметике с использованием транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS). Фронт. Гум. Неврологи. 7:244. дои: 10.3389/fnhum.2013.00244

[5] ↑ Чи, Р. П., и Снайдер, А. В. 2011. Способствовать пониманию путем неинвазивной стимуляции мозга. ПЛОС ОДИН. 6:e16655. doi: 10.1371/journal.pone.0016655

[6] ↑ Marshall, L., Mölle, M., Hallschmid, M., and Born, J. 2004. Транскраниальная стимуляция постоянным током во время сна улучшает декларативную память. Дж. Нейроски. 24:9985–92. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2725-04.2004

Встряхивание мозговых цепей электричеством становится почти мейнстримом

Специальный отчет

Автор Изабелла Куэто 12 января 2022 г.

Перепечатки

Кевин О’Нил, которого видели на заднем дворе его дома в Сан-Ансельмо, Калифорния, лечится методом глубокой стимуляции мозга от болезни Паркинсона. Constanza Hevia для STAT

В июне 2015 года профессор биологии Коллин Хэнлон посетила конференцию по наркозависимости. Когда она встретилась с другими исследователями и побродила по конференц-залам роскошного курорта в Фениксе, чтобы узнать о последних работах по лечению расстройств, связанных с употреблением наркотиков и алкоголя, она поняла, что из 730 плакатов только два были посвящены стимуляции мозга как потенциальному лечению наркомании. зависимость — оба из ее собственной лаборатории в Медицинской школе Уэйк Форест.

Всего четыре года спустя она возглавит 76 исследователей на четырех континентах, написавших согласованную статью о стимуляции мозга как инновационном инструменте для лечения зависимости. А в 2020 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило устройство транскраниальной магнитной стимуляции, чтобы помочь пациентам бросить курить, что является важной вехой в лечении расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ.

Стимуляция мозга набирает обороты. Хэнлон может посещать целые конференции, посвященные изучению того, что электрические токи делают с запутанными сетями магистралей и обратных дорог, составляющих схему мозга. Эта расширяющаяся область исследований медленно раскрывает правду о мозге: как он работает, как он работает со сбоями и как электрические импульсы, точно направленные и контролируемые, могут использоваться для лечения психических и неврологических расстройств.

реклама

За последние полдюжины лет исследователи начали исследования того, как различные формы нейромодуляции влияют на зависимость, депрессию, потерю контроля над приемом пищи, тремор, хроническую боль, обсессивно-компульсивное расстройство, болезнь Паркинсона, эпилепсию и многое другое. Ранние исследования показали, что тонкие электрические импульсы в определенных областях мозга могут нарушать аномалии в цепи — недопонимание, — которые, как считается, лежат в основе многих заболеваний головного мозга, и помогают облегчить симптомы, которые сохраняются, несмотря на традиционные методы лечения.

Масштабная инициатива BRAIN Национального института здравоохранения выдвинула схемы на первое место и в центр, выделив 2,4 миллиарда долларов исследователям с 2013 года на разработку и использование новых инструментов для наблюдения за взаимодействием между клетками мозга и цепями. Это, в свою очередь, вызвало интерес со стороны частного сектора. Среди достижений, которые расширили наше понимание того, как отдаленные части мозга взаимодействуют друг с другом, — новая технология визуализации и использование машинного обучения для интерпретации сложных сигналов мозга и анализа того, что происходит, когда цепи выходят из строя.

реклама

Тем не менее, эта область находится в зачаточном состоянии, и даже методы лечения, которые были одобрены для использования у пациентов, например, с болезнью Паркинсона или эпилепсией, помогают лишь меньшинству пациентов. «Если бы это была Библия, это была бы первая глава Бытия», — сказал Майкл Окун, исполнительный директор Института неврологических заболеваний Нормана Фикселя при Университете здоровья Флориды.

По мере развития стимуляции мозга исследователи сталкиваются с пугающими препятствиями, и не только научными. Как стимуляция мозга станет доступной для всех пациентов, которые в ней нуждаются, учитывая, насколько дорогими и инвазивными являются некоторые методы лечения? Доказать FDA, что стимуляция мозга работает и делает это безопасно, сложно и дорого. Даже с ростом научного импульса и притоком финансирования агентство до сих пор очистило стимуляцию мозга только для нескольких ограниченных состояний. Убедить страховщиков покрыть лечение — еще одна проблема. А за пределами лаборатории исследователи обсуждают возникающие вопросы, такие как этика контроля над разумом, конфиденциальность данных о мозге человека и то, как наилучшим образом привлечь пациентов к изучению отдаленных областей человеческого мозга.

Невролог Марта Моррелл с оптимизмом смотрит в будущее стимуляции мозга. Она помнит шокированную реакцию своих коллег в 2004 году, когда она оставила преподавательскую деятельность в Стэнфорде (у нее все еще есть должность клинического профессора неврологии), чтобы руководить клиническими испытаниями в NeuroPace, тогда еще молодой компании, производившей системы нейростимуляторов для потенциального лечения. больных эпилепсией.

«Когда я начал работать над этим, все думали, что я сошел с ума», — сказал Моррелл. Спустя почти 20 лет она видит параллель между историей сотрясения цепей мозга и историей ранних имплантируемых сердечных устройств, таких как кардиостимуляторы и дефибрилляторы, которые изначально «использовались в качестве последнего варианта, когда все другие лекарства не сработали». Теперь «в области кардиологии очень удобно включать электротерапию, аппаратную терапию в рутинную помощь. И я думаю, что это действительно то, к чему мы идем с неврологией».

Достижение «склона просветления»

Болезнь Паркинсона в некотором смысле старейшая в мире современной стимуляции мозга, и она демонстрирует как потенциал, так и ограничения технологии. Хирурги имплантируют электроды глубоко в мозг пациентов с болезнью Паркинсона с конца 1990-х годов, а людям с более поздними стадиями болезни — с начала 2000-х.

За это время он прошел «цикл ажиотажа», — сказал Окун, национальный медицинский советник Фонда Паркинсона с 2006 года. сказал. Они обнаружили, что глубокая стимуляция мозга очень полезна для некоторых пациентов с болезнью Паркинсона, делая их почти бессимптомными, успокаивая дрожь и тремор, на которые лекарства не способны. Но это не останавливает прогрессирование болезни и не решает некоторых проблем, с которыми сталкиваются пациенты с прогрессирующей болезнью Паркинсона при ходьбе, разговоре и мышлении.

В 2015 году, в том же году, когда Хэнлон обнаружила на конференции по наркомании только исследования своей лаборатории по стимуляции мозга, Кевин О’Нил наблюдал, как один палец на его левой руке начал делать что-то «причудливое». Один палец дернулся, потом два, потом левая рука начала покалывать, а в правой ноге появилось ощущение, будто вот-вот затрясется, но не хочет — дрожь.

«Я предполагал, что это было беспокойство», — сказал 62-летний О’Нил STAT. Он и раньше боролся с тревогой и пережил напряженный год: разлука, продажа дома, начало новой работы в юридической фирме в Калифорнийском заливе. Но через год после того, как у него впервые появились симптомы, у О’Нила диагностировали болезнь Паркинсона.

Врачи прописали ему таблетки, способствующие высвобождению дофамина, чтобы компенсировать гибель клеток мозга, вырабатывающих эту молекулу-мессенджер в цепях, контролирующих движение. Но он принимал их нечасто, потому что беспокоился о бессоннице как о побочном эффекте. Ходить стало трудно — «мне приходилось думать, что моя левая нога должна двигаться», — и адвокату по трудовым спорам было трудно проводить презентации и ездить в офисы клиентов.

Бывший актер с общительным характером, у него развилась социофобия, и он три года не говорил начальству о своем диагнозе, и не стал бы, если бы не два рабочих дня летом 2018 года, когда его дрожь была сильной и явной.

Тремор О’Нила почти прошел с тех пор, как в мае прошлого года он начал проводить глубокую стимуляцию мозга, хотя его левая рука дрожит, когда он чувствует напряжение. Constanza Hevia для STAT

Именно в этот период он узнал о глубокой стимуляции мозга в группе поддержки пациентов с болезнью Паркинсона. «Я подумал: «Я никогда никому не позволю возиться со своими мозгами. Я не собираюсь быть кандидатом на это», — вспоминал он. «Это было похоже на безумного ученого из научной фантастики. Типа, ты издеваешься?»

Но со временем эта идея стала менее радикальной, поскольку О’Нил общался с пациентами с DBS и врачами и проводил собственные исследования, а его симптомы ухудшались. Он решил пойти на это. В мае прошлого года врачи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско хирургическим путем ввели ему в мозг три металлических провода, соединенных тонкими шнурами с двумя имплантатами в груди, рядом с ключицами. Месяц спустя он пошел в лабораторию, и исследователи включили устройство.

— В тот день это было откровением, — сказал он. «Вы немедленно — буквально, немедленно — почувствуете эффективность этих вещей. … Вы переходите от полностью симптоматического состояния к бессимптомному за считанные секунды».

Когда его племянник подъехал к обочине, чтобы забрать его, О’Нил начал танцевать, и его племянник расплакался. На следующий день О’Нил не мог дождаться, чтобы встать с постели и выйти, даже если это было просто, чтобы забрать свою машину из ремонтной мастерской.

За прошедший год походка О’Нила из «неуклюжей и болезненной» стала намного лучше, а тремор практически исчез. Когда он сильно измотан, например, во время ремонта и переезда в свой новый дом с видом на холмы округа Марин, он чувствует напряжение, его левая рука дрожит, и он беспокоится, что DBS «не срабатывает», но в целом он возвращается к комфортному, дрожащему состоянию. свободный базовый уровень.

О’Нил беспокоился о том, что последствия DBS ослабевают, но сейчас он может думать «десятилетиями, а не годами или месяцами», как сказал ему невролог. «Тот факт, что я могу избавиться от этого беспокойства, был большим событием».

Но он всего лишь один пациент. В мозгу есть области, которые в основном одинаковы у всех людей. Функции этих регионов также имеют тенденцию быть одинаковыми. Но исследователи подозревают, что то, как области мозга взаимодействуют друг с другом — кто с кем общается и какой у них разговор — и то, как эти смешения и совпадения вызывают сложные заболевания, варьируется от человека к человеку. Таким образом, стимуляция мозга выглядит по-разному для каждого пациента.

Каждый случай болезни Паркинсона проявляется немного по-разному, и это немного знаний, которые применимы ко многим другим заболеваниям, сказал Окун, который девять лет организовывал аналитический центр по глубокой стимуляции мозга, где ведущие исследователи собираются, просматривают документы и публикуют отчеты. о прогрессе в области каждый год.

«Я думаю, что мы все коллективно приходим к пониманию того, что эти болезни не являются универсальными, — сказал он. «Мы должны действительно начать переосмысливать всю инфраструктуру, схему, структуру, с которой мы начинаем».

Стимуляция мозга также часто используется для лечения людей с распространенными формами эпилепсии, и у многих пациентов она уменьшила количество приступов или улучшила другие симптомы. Исследователи также смогли собрать высококачественные данные о том, что происходит в мозгу во время припадка, включая выявление различий между типами эпилепсии. Тем не менее, по словам Роберта Гросса, профессора нейрохирургии Университета Эмори в Атланте, только около 15% пациентов не имеют симптомов после лечения.

«И это критическая разница для людей с эпилепсией. Потому что люди без симптомов могут водить машину», что означает, что они могут добраться до работы в таком месте, как Джорджия, где мало общественного транспорта, сказал он. Поэтому, по словам Гросс, крайне важно перевести нейромодуляцию «от хорошего к лучшему».

Возрождение древней идеи

Недавние достижения привели к тому, что Гросс называет «почти периодом возрождения» стимуляции мозга, хотя идеи, лежащие в основе этой технологии, устарели на тысячелетия. Нейромодуляция восходит как минимум к Древнему Египту и Греции, когда электрические разряды от ската, называемого «рыба-торпеда», рекомендовались для лечения головной боли и подагры. На протяжении веков из-за рыбных запоев врачи прожигали дыры в мозгу пациентов. Эти «поражения» каким-то образом работали, но никто не мог объяснить, почему они облегчали симптомы у некоторых пациентов, сказал Окунь.

Возможно, самым явным предшественником сегодняшней технологии является электрошоковая терапия (ЭСТ), которая в зачаточном и опасном виде начала использоваться у пациентов с депрессией примерно 100 лет назад, сказал Нолан Уильямс, директор лаборатории стимуляции мозга в Стэнфордском университете.

Более современные формы стимуляции мозга появились в США в середине 20-го века. Распространенным неинвазивным подходом является транскраниальная магнитная стимуляция, при которой электромагнитная катушка помещается на кожу головы для передачи тока в самый внешний слой мозга. Стимуляция блуждающего нерва (ВНС), используемая для лечения эпилепсии, ущемляет нерв, который способствует возникновению некоторых припадков.

Самый инвазивный вариант, глубокая стимуляция мозга, включает в себя имплантацию в череп устройства, прикрепленного к электродам, встроенным в глубокие области мозга, такие как миндалевидное тело, до которых невозможно добраться с помощью других устройств стимуляции. В 1997 г. FDA дало первый зеленый свет глубокой стимуляции мозга для лечения тремора, а затем болезни Паркинсона в 2002 г. и дистонии двигательных расстройств в 2003 г.

Несмотря на то, что эти методы лечения были одобрены для пациентов, то, что происходило в мозгу, оставалось неуловимым. Но передовые инструменты визуализации теперь позволяют исследователям заглянуть в мозг и составить карту сетей — недавний прорыв, который, по словам исследователей, продвинул вперед область стимуляции мозга так же, как и увеличение финансирования. Визуализация как человеческого мозга, так и моделей животных помогла исследователям идентифицировать нейроанатомию заболеваний, более точно нацеливать области мозга и наблюдать за тем, что происходит после электрической стимуляции.

Еще одним ключевым шагом стал переход от стимуляции с разомкнутым контуром — постоянным потоком электричества — к стимуляции с замкнутым контуром, которая обеспечивает целенаправленные короткие импульсы в ответ на триггер симптома. Чтобы использовать футуристические технологии, лабораториям нужны люди для разработки инструментов искусственного интеллекта для интерпретации больших наборов данных, которые генерирует мозговой имплантат, и для адаптации устройств на основе этой информации.

«Нам нужно было научиться быть исследователями данных», — сказал Моррелл.

Чтобы восполнить этот пробел, были созданы группы единомышленников, такие как Open Mind Consortium, финансируемый NIH. Филип Старр, нейрохирург и разработчик имплантируемых мозговых устройств в системе здравоохранения Калифорнийского университета в Сан-Франциско, возглавляет усилия по обучению врачей программированию устройств с обратной связью и работает над созданием этических стандартов для их использования. «После 20 лет отсутствия инноваций произошли выдающиеся инновации, — сказал он.

Инициатива BRAIN оказалась критической, сообщили STAT несколько исследователей. «Для нас это было настоящей находкой, — сказал Гросс. Инициатива NIH «Исследования мозга посредством продвижения инновационных нейротехнологий» (BRAIN) была запущена в 2013 году при администрации Обамы с бюджетом в 50 миллионов долларов. Сейчас BRAIN тратит более 500 миллионов долларов в год. По данным NIH, с момента своего создания BRAIN вручил более 1100 наград. Частью цели инициативы является объединение исследователей с медицинскими технологическими компаниями, которые предоставляют исследователям устройства для стимуляции человеческого уровня. По словам Ника Лангхальса, который возглавляет работу по неврологическим расстройствам в рамках этой инициативы, почти три десятка проектов были профинансированы в рамках партнерской программы исследователей и производителей устройств, а также в рамках одного проекта, посвященного новым имплантируемым устройствам для первого использования человеком.

Чем больше BRAIN вкладывает, тем больше исследований порождается. «Мы узнаем больше о том, какие схемы задействованы… что затем используется в новых и более инновационных проектах», — сказал он.

Многие проекты BRAIN все еще находятся на ранних стадиях, заканчивая регистрацию или небольшие технико-экономические обоснования, сказал Лангалс. По словам Лангалса, в течение следующих нескольких лет ученые начнут получать некоторые плоды своего труда, что может привести к более масштабным клиническим испытаниям или к компаниям, разрабатывающим более совершенные имплантаты для стимуляции мозга.

Деньги от Национальных институтов психического здоровья, а также программа NIH «Помогая избавиться от зависимости в долгосрочной перспективе» (HEAL) также повысили привлекательность стимуляции мозга как для исследователей, так и для промышленности. По словам Старра, «критическая масса» компаний, заинтересованных в технологии нейромодуляции, выросла как грибы после двух десятилетий.

Все больше и больше фармацевтических компаний и компаний, занимающихся цифровым здравоохранением, рассматривают устройства для стимуляции мозга «как возможные продукты для своего будущего», — сказала Линда Карпентер, директор клиники ТМС и исследовательского центра нейромодуляции в больнице Батлера.

«Психиатрия 3.0»

Опыт использования стимуляции мозга для остановки тремора и судорог вдохновил психиатров начать изучение ее использования в качестве потенциально мощной терапии для лечения или даже опережения психических заболеваний.

В 2008 году FDA одобрило ТМС для пациентов с большой депрессией, которые пробовали медикаментозную терапию, но не получили облегчения. «Это открыло дверь для всех нас», — сказал Хэнлон, профессор и научный сотрудник Центра исследований употребления психоактивных веществ и зависимости в Медицинской школе Уэйк Форест. В последнее десятилетие произошел всплеск исследований того, как можно использовать ТМС для перезагрузки неисправных мозговых цепей, связанных с тревогой, депрессией, обсессивно-компульсивным расстройством и другими состояниями.

«Мы определенно вступаем в то, что многие люди называют психиатрией 3.0», — сказал Уильямс из Стэнфорда. «В то время как первой итерацией был Фрейд и все такое, второй — бум психофармакологии, а эта третья — немного о цепях и стимуляции».

Лекарства облегчают симптомы у некоторых пациентов, одновременно не помогая многим другим, но психофармакология ясно показала, что «в этой проблеме определенно есть биология», сказал Уильямс — биология, которая в некоторых случаях может быть более поддающейся стимуляции мозга.

Точная механика того, что происходит между клетками, когда мозг замыкает… ну, короткое замыкание, неясен. Исследователи приближаются к обнаружению биомаркеров, которые предупреждают о надвигающемся депрессивном эпизоде, волне беспокойства или потере контроля над импульсами. Эти мозговые сигнатуры могут быть разными для каждого пациента. По словам Уильямса, если исследователи смогут найти молекулярные биомаркеры психических расстройств — и найти способы упредить эти симптомы, поражая определенные области мозга — это изменит область.

Специфичные для болезни маркеры не только помогут клиницистам диагностировать людей, но и помогут избавиться от стигмы, которая изображает психическое заболевание как личный или моральный недостаток, а не как болезнь. Это то, что произошло с эпилепсией в 1960-х годах, когда научные открытия подтолкнули широкую общественность к более глубокому пониманию того, почему случаются припадки, и, по словам Уильямса, это «та же траектория», которую он видит для депрессии.

Его исследования в Стэнфордской лаборатории также включают работу над суицидом и обсессивно-компульсивным расстройством, которое, по заявлению FDA в 2018 году, можно лечить с помощью неинвазивной ТМС. Уильямс считает мгновенную стимуляцию мозга потенциальным прорывом в неотложных психиатрических ситуациях. По его словам, врачи знают, что делать, когда пациента срочно доставляют в отделение неотложной помощи с сердечным приступом или инсультом, но неотложной помощи при неотложных психиатрических состояниях не существует. Уильямс задается вопросом: что, если в будущем суицидальный пациент сможет получить ТМС в отделении неотложной помощи и быстро вырваться из своей депрессивной психической спирали?

Исследователи также активно изучают биологию мозга при зависимости. В августе 2020 года FDA одобрило ТМС для отказа от курения, первое такое одобрение для расстройства, связанного с употреблением психоактивных веществ, что «действительно интересно», сказал Хэнлон. Хотя при сравнении расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ, есть некоторый нюанс, в целом зависимость определяется первичным механизмом: вечная конкуренция между функциями исполнительного контроля «сверху вниз» и тягой «снизу вверх». Это тот же самый процесс, который происходит, когда человек решает, съесть ли ему еще одно печенье или воздержаться, только усугубленный.

Хэнлон пытается выяснить, одинаковы ли схемы «стоп-и-иди» для всех людей и следует ли использовать нейромодуляцию для усиления контроля «сверху вниз» или для ослабления тяги «снизу вверх». Подобно тому, как стимуляция мозга может быть использована для устранения клеточных осечек, она также может быть инструментом для усиления полезных функций мозга или для того, чтобы дать зависимому мозгу то, что он хочет, чтобы обуздать употребление психоактивных веществ.

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что многие люди с шизофренией курят сигареты (главная причина ранней смерти среди этой группы населения), потому что никотин снижает «сверхсвязность», которая характеризует мозг людей с этим заболеванием, говорит Хизер Уорд, научный сотрудник бостонской Beth Israel Deaconess Medical. Центр. Она подозревает, что ТМС может имитировать этот эффект и, следовательно, уменьшить тягу к еде и некоторые симптомы болезни, и она надеется доказать это в пилотном исследовании, в котором сейчас участвуют пациенты.

Если научные данные подтвердятся, клиницисты говорят, что стимуляция мозга может использоваться наряду с поведенческой терапией и медикаментозной терапией для лечения расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ. «В конце концов, нам понадобятся все три, чтобы помочь людям оставаться трезвыми», — сказал Хэнлон. «Мы добавляем еще один инструмент в набор инструментов врача».

Расшифровка тайн боли

Благоприятный исход продолжающихся исследований, который широко распахнет двери для стимуляции мозга для пациентов с бесчисленным множеством заболеваний, далеко не гарантирован. Исследователи хронической боли знают это не понаслышке.

Хроническая боль, одно из самых загадочных и трудноизучаемых медицинских явлений, была первым применением, для которого Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило глубокую стимуляцию мозга, сказал Прасад Ширвалкар, доцент кафедры анестезиологии Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Но когда через год исследования не увенчались успехом, FDA отозвало свое одобрение.

Ширвалкар работает со Старром и нейрохирургом Эдвардом Чангом над очень сложной проблемой: «расшифровка боли в состояниях мозга, которая никогда не делалась», как сказал Старр STAT.

Одна из трудностей изучения боли заключается в том, что нет объективного способа ее измерения. Многое из того, что мы знаем о боли, получено из рудиментарных опросов, в которых пациентов просят оценить, насколько они болят, по шкале от нуля до 10.

Используя имплантируемые устройства для стимуляции мозга, исследователи просят пациентов оценить их боль от 0 до 10, записывая циклы активности в головном мозге. Затем они используют машинное обучение, чтобы сравнить два потока информации и посмотреть, какая активность мозга коррелирует с субъективным ощущением боли пациентом. Имплантируемые устройства позволяют исследователям собирать данные в течение недель и месяцев, а не основывать выводы на небольших фрагментах информации, что позволяет проводить гораздо более подробный анализ.

Исследование UCSF сосредоточено на людях с хронической болью, потому что это не просто продолжение острой боли, сказал Ширвалкар. У этих пациентов метафорическая пожарная сигнализация, которая должна звонить только при пожаре, «сломана», и это происходит в мозгу. «Это почти как если бы мозг по умолчанию, когда что-то идет не так, создавал боль», — сказал он.

Большинство испытуемых в исследовании UCSF принимали опиоиды для снятия боли в течение пяти-десяти лет, сказал Ширвалкар, чья работа финансируется за счет гранта инициативы NIH HEAL. По его словам, нейромодуляция может быть способом вмешательства до того, как боль станет хронической, практически устраняя потребность в наркотиках у этих пациентов.

«Мы узнаем, что что-то происходит, когда люди получают травму или люди получают травмы. Что-то происходит с мозгом сразу после этого, до трех месяцев», — сказал он. «Если мы сможем каким-либо образом помочь людям справиться с болью на раннем этапе, мы сможем предотвратить зависимость».

А поскольку мозг представляет собой связку связанных между собой тканей и областей, любые выводы о биологической основе боли будут отражены в коллективном понимании разума.

«Я надеюсь, что мы только в начале бума нейромодуляции. Я думаю, что предстоит провести еще много исследований, но сейчас интересное время для выполнения этой работы», — сказал Моррелл. «И есть много людей по всей стране, которые проводят очень качественные исследования».

Об авторе Репринты

Создайте отображаемое имя для комментария

Это имя будет отображаться вместе с вашим комментарием

NIMH » Терапия стимуляции мозга

Обзор

Терапия стимуляции мозга может играть определенную роль в лечении некоторых психических расстройств. Терапия стимуляции мозга включает в себя активацию или торможение мозга непосредственно с помощью электричества. Электричество может подаваться непосредственно через электроды, имплантированные в мозг, или неинвазивно через электроды, размещенные на коже головы. Электричество также можно индуцировать с помощью магнитных полей, воздействующих на голову. Хотя эти виды терапии используются реже, чем лекарства и психотерапия, они обещают лечение определенных психических расстройств, которые не поддаются другим методам лечения.

Электросудорожная терапия является наиболее изученной терапией стимуляции мозга и имеет самую долгую историю использования. Другие методы стимуляции, обсуждаемые здесь, являются более новыми, а в некоторых случаях все еще экспериментальными методами. К ним относятся:

• стимуляция блуждающего нерва (ВНС)
• повторная транскраниальная магнитная стимуляция (рТМС)
• Магнитная судорожная терапия (МСТ)
• глубокая стимуляция мозга (DBS)

План лечения может также включать медикаментозное лечение и психотерапию . Выбор правильного плана лечения должен основываться на индивидуальных потребностях человека и медицинской ситуации, а также под наблюдением врача.

Электросудорожная терапия

Электросудорожная терапия (ЭСТ) использует электрический ток для лечения серьезных психических расстройств. Этот тип терапии обычно рассматривается только в том случае, если состояние пациента не улучшилось после применения других методов лечения (таких как прием антидепрессантов или психотерапия) или в случаях, когда требуется быстрый ответ (например, в случае суицидального риска и кататонии). ).

ЭШТ: зачем это делается

ЭСТ чаще всего используется для лечения тяжелой, резистентной к лечению депрессии, но также может быть показана при других психических расстройствах, таких как биполярное расстройство или шизофрения. Его также можно использовать при опасных для жизни обстоятельствах, например, когда пациент не может двигаться или реагировать на внешний мир (например, кататония), склонен к суициду или недоедает в результате тяжелой депрессии.

ЭСТ может эффективно снижать вероятность рецидива, когда пациенты проходят последующее лечение. Два основных преимущества ЭСТ перед лекарствами заключаются в том, что ЭСТ начинает действовать быстрее, часто начиная с первой недели, и пожилые люди реагируют особенно быстро.

ЭСТ: Как это работает

Перед проведением ЭСТ человеку вводят успокоительное с помощью общей анестезии и дают лекарство, называемое миорелаксантом, для предотвращения движения во время процедуры. Анестезиолог контролирует дыхание, частоту сердечных сокращений и артериальное давление в течение всей процедуры, которую проводит обученная медицинская бригада, включая врачей и медсестер. Во время процедуры:

• Электроды размещаются в определенных местах на голове.
• Через электроды через мозг проходит электрический ток, вызывая припадок, который обычно длится менее одной минуты. Поскольку пациент находится под наркозом и принял миорелаксант, это не болезненно, и пациент не может чувствовать электрические импульсы.
• Через пять-десять минут после окончания процедуры пациент просыпается. Сначала он или она может чувствовать себя вялым, когда действие анестезии проходит. Но примерно через час пациент обычно приходит в себя и может возобновить нормальную деятельность.

Типичный курс ЭСТ проводится примерно три раза в неделю до тех пор, пока депрессия пациента не улучшится (обычно от 6 до 12 процедур). После этого иногда требуется поддерживающая ЭСТ, чтобы снизить вероятность возвращения симптомов. Поддерживающее лечение ЭСТ варьируется в зависимости от потребностей человека и может варьироваться от одного сеанса в неделю до одного сеанса каждые несколько месяцев. Часто человек, который подвергается ЭСТ, также принимает антидепрессанты или лекарства, стабилизирующие настроение.

Побочные эффекты ЭСТ

Наиболее распространенные побочные эффекты, связанные с ЭСТ, включают:

• головную боль
• расстройство желудка
• боли в мышцах
• потеря памяти

У некоторых людей могут возникать проблемы с памятью, особенно во время лечения. Иногда проблемы с памятью более серьезные, но обычно они улучшаются в течение нескольких дней и недель после окончания курса ЭСТ.

Исследования показали, что проблемы с памятью, по-видимому, в большей степени связаны с традиционным типом ЭСТ, называемым двусторонним ЭСТ, при котором электроды располагаются с обеих сторон головы.

При односторонней ЭСТ электроды размещают только на одной стороне головы — обычно на правой стороне, поскольку она находится напротив областей обучения и памяти. Было обнаружено, что односторонняя ЭСТ с меньшей вероятностью вызывает проблемы с памятью, и поэтому многие врачи, пациенты и семьи предпочитают ее.

Стимуляция блуждающего нерва

Стимуляция блуждающего нерва (ВНС) работает с помощью устройства, имплантированного под кожу, которое посылает электрические импульсы через левый блуждающий нерв, половину заметной пары нервов, идущих от ствола мозга через шею и вниз к каждой стороне грудной клетки и живота. . Блуждающие нервы передают сообщения от мозга к основным органам тела (например, к сердцу, легким и кишечнику) и к областям мозга, которые контролируют настроение, сон и другие функции.

ВНС: Почему это делается

ВНС изначально разрабатывался для лечения эпилепсии. Однако ученые заметили, что он также благоприятно влияет на настроение, особенно на депрессивные симптомы. Используя сканирование мозга, ученые обнаружили, что устройство воздействовало на участки мозга, участвующие в регуляции настроения. Импульсы, по-видимому, изменяют уровни определенных нейротрансмиттеров (химических веществ мозга), связанных с настроением, включая серотонин, норадреналин, ГАМК и глутамат.

В 2005 г. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило использование ВНС для лечения резистентной к терапии депрессии при определенных обстоятельствах:

• Если пациенту 18 лет и старше; и
• Если болезнь длится два года и более; и
• , если заболевание тяжелое или рецидивирующее; и
• , если депрессия не уменьшилась после применения не менее четырех других методов лечения

По данным FDA, он не предназначен для лечения первой линии даже у пациентов с тяжелой депрессией. И, несмотря на одобрение FDA, VNS остается редко используемым, потому что результаты ранних исследований, проверяющих его эффективность при большой депрессии, были неоднозначными. Но более новое исследование, в котором были объединены результаты только контролируемых клинических испытаний, показало, что 32% людей с депрессией реагировали на VSN, а у 14% наблюдалась полная ремиссия симптомов после лечения в течение почти 2 лет.

VNS: Как это работает

Устройство, называемое генератором импульсов, размером примерно с секундомер, имплантировано хирургическим путем в верхнюю левую часть грудной клетки. К генератору импульсов подсоединен электрический провод, который идет от генератора к левому блуждающему нерву.

Обычно 30-секундные электрические импульсы посылаются примерно каждые пять минут от генератора к блуждающему нерву. Длительность и частота импульсов могут варьироваться в зависимости от того, как запрограммирован генератор. Блуждающий нерв, в свою очередь, доставляет эти сигналы в мозг. Генератор импульсов, работающий непрерывно, питается от батареи, срок службы которой составляет около 10 лет, после чего ее необходимо заменить. В норме люди не чувствуют боли или каких-либо других ощущений во время работы устройства.

Устройство также можно временно отключить, поместив магнит на грудную клетку, где имплантирован генератор импульсов. Человек может захотеть отключить его, если побочные эффекты станут невыносимыми, или перед тем, как приступить к напряженной деятельности или упражнениям, потому что это может мешать дыханию. Устройство снова активируется, когда магнит удаляется.

Обратите внимание: VNS должен назначаться и контролироваться только врачами, имеющими специальную подготовку и опыт в лечении резистентной депрессии и использовании этого устройства.

Лечение ВНС предназначено для уменьшения симптомов депрессии. Может пройти несколько месяцев, прежде чем пациент заметит какие-либо преимущества, и не все пациенты реагируют на VNS. Важно помнить, что VNS предназначен для применения вместе с другими традиционными методами лечения, такими как лекарства, и пациенты не должны ожидать прекращения этих других методов лечения, даже если устройство находится на месте.

ВНС: побочные эффекты

ВНС не без риска. Могут быть осложнения, такие как инфекция после операции по имплантации, или устройство может расшататься, сместиться или выйти из строя, что может потребовать дополнительной операции для исправления. У некоторых пациентов симптомы не улучшаются, а некоторые даже ухудшаются.

Другие возможные побочные эффекты включают:

• Изменение голоса или охриплость
• Кашель или боль в горле
• Боль в шее
• Дискомфорт или покалывание в области имплантации устройства
• Проблемы с дыханием, особенно во время физических упражнений
• Затрудненное глотание

Долгосрочные побочные эффекты неизвестны.

Повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция

Повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция (rTMS) использует магнит для активации мозга. Впервые разработан в 1985, рТМС изучалась как средство для лечения депрессии, психоза, тревоги и других расстройств.

В отличие от ЭСТ, при которой электрическая стимуляция носит более общий характер, рТМС может быть нацелена на конкретный участок мозга. Ученые считают, что сосредоточение внимания на определенном участке мозга снижает вероятность побочных эффектов, связанных с ЭСТ. Но мнения о том, какой сайт лучше, расходятся.

rTMS: Почему это делается

В 2008 году rTMS была одобрена FDA для лечения большой депрессии у пациентов, которые не реагируют на хотя бы один антидепрессант в текущем эпизоде. Он также используется в других странах для лечения депрессии у пациентов, которые не реагировали на лекарства и которые в противном случае могли бы быть рассмотрены для ЭСТ.

Доказательства, поддерживающие рТМС при депрессии, были неоднозначными до тех пор, пока в 2010 году не было опубликовано первое крупное клиническое исследование, финансируемое NIMH. Исследование показало, что 14% пациентов достигли ремиссии с помощью рТМС по сравнению с 5% при неактивном (фиктивном) лечении. После завершения испытания пациенты могли перейти ко второй фазе, на которой всем, включая тех, кто ранее получал фиктивное лечение, давали рТМС. Показатели ремиссии во время второй фазы поднялись почти до 30%. Имитация лечения похожа на плацебо, но это не неактивная таблетка, а неактивная процедура, имитирующая настоящую рТМС.

rTMS: как это работает

Типичный сеанс rTMS длится от 30 до 60 минут и не требует анестезии.

Во время процедуры:

• Электромагнитная катушка прикладывается ко лбу рядом с областью мозга, которая, как считается, участвует в регуляции настроения.
• Затем через катушку подаются короткие электромагнитные импульсы. Магнитные импульсы легко проходят через череп и вызывают небольшие электрические токи, которые стимулируют нервные клетки в целевой области мозга.

Поскольку этот тип импульса обычно не проникает в мозг дальше, чем на два дюйма, ученые могут выбирать, какие части мозга будут затронуты, а какие нет. Сила магнитного поля примерно такая же, как у магнитно-резонансной томографии (МРТ). Как правило, человек чувствует легкий стук или постукивание по голове при подаче импульсов.

Не все ученые согласны с тем, как лучше расположить магнит на голове пациента или подавать электромагнитные импульсы. Они также еще не знают, работает ли рТМС лучше всего, когда применяется отдельно или в сочетании с лекарствами и/или психотерапией. В настоящее время проводятся дополнительные исследования, чтобы определить наиболее безопасные и эффективные способы использования rTMS.

rTMS: побочные эффекты

Иногда человек может испытывать дискомфорт в месте на голове, где находится магнит. Мышцы скальпа, челюсти или лица могут сокращаться или ощущаться покалывание во время процедуры. Могут возникнуть легкие головные боли или кратковременное головокружение. Также возможно, что процедура может вызвать припадок, хотя задокументированные случаи этого нечасты. Два крупномасштабных исследования безопасности рТМС показали, что большинство побочных эффектов, таких как головные боли или дискомфорт кожи головы, были легкими или умеренными, а судорог не было. ^{Поскольку лечение является относительно новым, долгосрочные побочные эффекты неизвестны.}

Магнитная судорожная терапия

МСТ: как это работает

Магнитно-судорожная терапия (МСТ) заимствует некоторые аспекты как из ЭСТ, так и из рТМС. Как и rTMS, MST использует магнитные импульсы вместо электричества, чтобы стимулировать точную цель в мозгу. Однако, в отличие от рТМС, МСТ направлена ​​на то, чтобы вызвать припадок, как и ЭСТ. Таким образом, импульсы подаются с более высокой частотой, чем та, которая используется в rTMS. Поэтому, как и при ЭСТ, пациент должен быть анестезирован и ему должны дать миорелаксант, чтобы предотвратить движение. Цель MST — сохранить эффективность ЭСТ при одновременном снижении ее когнитивных побочных эффектов.

MST находится на ранних стадиях тестирования на психические расстройства, но первые результаты обнадеживают. В недавней обзорной статье, в которой изучались данные восьми клинических исследований, было обнаружено, что МСТ вызывает ремиссию большой депрессии или биполярного расстройства у 30-40% людей.

МСТ: побочные эффекты

Как и ЭСТ, МСТ сопряжена с риском побочных эффектов, которые могут быть вызваны воздействием анестезии и индукцией судорог. Исследования как на животных, так и на людях показали, что MST производит

• меньше побочных эффектов памяти
• более короткие припадки
• обеспечивает более короткое время восстановления, чем ECT

Глубокая стимуляция мозга

Глубокая стимуляция мозга (DBS) была впервые разработана для лечения болезни Паркинсона для уменьшения тремора, скованности, проблем с ходьбой и неконтролируемых движений. В DBS пара электродов имплантируется в мозг и управляется генератором, имплантированным в грудную клетку. Стимуляция непрерывна, а ее частота и уровень индивидуальны.

DBS изучался как средство для лечения депрессии или обсессивно-компульсивного расстройства (ОКР). В настоящее время существует Исключение гуманитарного устройства для использования DBS для лечения ОКР, но его использование при депрессии остается только на экспериментальной основе. Обзор всех 22 опубликованных исследований по тестированию DBS на депрессию показал, что только три из них были высокого качества, потому что в них была не только группа лечения, но и контрольная группа, которая не получала DBS. Обзор показал, что в ходе исследований у 40-50% людей после DBS наблюдалось улучшение более чем на 50%.

DBS: как это работает

DBS требует операции на головном мозге. Голову бреют, а затем прикрепляют винтами к прочной раме, которая предотвращает движение головы во время операции. Проводятся сканы головы и головного мозга с помощью МРТ. Хирург использует эти изображения в качестве руководства во время операции. Пациенты находятся в сознании во время процедуры, чтобы дать хирургу обратную связь, но они не чувствуют боли, потому что голова обезболена местной анестезией, а сам мозг не регистрирует боль.

После подготовки к операции в голове просверливаются два отверстия. Оттуда хирург вводит тонкую трубку в мозг, чтобы разместить электроды с каждой стороны определенной области мозга. В случае депрессии первая область мозга, на которую нацелена DBS, называется областью 25 или субгенуальной поясной корой. Было обнаружено, что эта область гиперактивна при депрессии и других расстройствах настроения. Но более поздние исследования были направлены на несколько других областей мозга, пораженных депрессией. Таким образом, DBS теперь нацелен на несколько областей мозга для лечения депрессии. В случае обсессивно-компульсивного расстройства электроды помещают в область мозга (вентральная капсула/вентральное полосатое тело), ​​которая, как считается, связана с расстройством.

После имплантации электродов и отзыва пациента об их размещении пациент подвергается общей анестезии. Затем электроды прикрепляются к проводам, которые проходят внутри тела от головы до груди, где имплантируется пара генераторов с батарейным питанием. Отсюда электрические импульсы непрерывно доставляются по проводам к электродам в мозгу. Хотя неясно, как именно работает устройство, чтобы уменьшить депрессию или обсессивно-компульсивное расстройство, ученые считают, что импульсы помогают «перезагрузить» неисправную область мозга, чтобы она снова работала нормально.

Побочные эффекты DBS

DBS несет в себе риски, связанные с любым типом операции на головном мозге. Например, процедура может привести к:

• Кровоизлиянию в мозг или инсульту
• Инфекция
• Дезориентация или спутанность сознания
• Нежелательные изменения настроения
• Двигательные расстройства
• Головокружение
• Проблемы со сном

Поскольку процедура все еще изучается, возможны другие побочные эффекты, которые еще не выявлены. Долгосрочные преимущества и побочные эффекты неизвестны.

Дополнительные ресурсы

Federal Resources

• Электросудорожная терапия: Медицинская энциклопедия MedlinePlus
• Глубокая стимуляция мозга: Медицинская энциклопедия MedlinePlus

Клинические испытания

• Присоединиться к исследованию: терапия стимуляцией мозга
• Присоединяйтесь к исследованию: депрессия — взрослые

Исследования

• Журнальные статьи: Ссылки и выдержки из MEDLINE/PubMed (Национальная медицинская библиотека).

Последняя проверка: июнь 2016 г.

Если не указано иное, информация и публикации NIMH находятся в открытом доступе и доступны для бесплатного использования. Цитирование NIMH приветствуется. Дополнительную информацию см. на странице со ссылкой на информацию и публикации NIMH .

Что это такое, цель и процедура

Обзор

Глубокая стимуляция мозга включает имплантацию электродов в мозг и генератора импульсов под ключицу.

Что такое глубокая стимуляция мозга (DBS)?

Глубокая стимуляция мозга (DBS) — это медицинская процедура, при которой к определенной части мозга подводится слабый электрический ток. Электричество в этом токе стимулирует клетки мозга в этой области, что может помочь при некоторых состояниях. Ток достигает вашего мозга через один или несколько проводов, подключенных к небольшому устройству, имплантированному под кожу рядом с ключицей.

Кому нужна глубокая стимуляция мозга?

DBS лечит состояния, которые влияют на то, как ваши нейроны — ключевой тип клеток мозга — выполняют свою работу. Когда нейроны не работают должным образом, это влияет на способности, которые эти нейроны контролируют. В зависимости от того, насколько серьезна проблема, они могут частично или полностью потерять эти способности.

Для чего используется DBS?

В каждом человеческом мозгу есть миллиарды нейронов, и эти клетки общаются друг с другом с помощью электрических и химических сигналов. Несколько заболеваний головного мозга могут сделать нейроны в разных частях мозга менее активными. Когда это происходит, эти части вашего мозга также не работают. В зависимости от пораженной части мозга у вас могут быть нарушения способностей, контролируемых в этой области.

DBS использует искусственный электрический ток, чтобы сделать эти нейроны более активными, что может помочь при симптомах нескольких различных заболеваний головного мозга. Однако исследователи до сих пор не знают точно, как и почему это работает.

Какие состояния и симптомы можно лечить с помощью DBS?

DBS может лечить несколько состояний, которые влияют на ваш мозг, включая двигательные расстройства, психические расстройства и эпилепсию.

DBS одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для лечения следующих состояний:

• Дистония.
• Эссенциальный тремор.
• Лекарственно-резистентная эпилепсия.
• Болезнь Паркинсона (когда это состояние ухудшается, а лекарства уже не так эффективны).
• Лекарственно-резистентное обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР).

Состояния, при которых может помочь DBS

Исследователи также изучают, может ли DBS помочь при других состояниях. Заболевания, при которых DBS может помочь, включают:

• Зависимости.
• Болезнь Альцгеймера.
• Беспокойство.
• Кластерные головные боли.
• Расстройства пищевого поведения.
• Шизофрения.
• Тяжелые болевые расстройства (особенно боль, возникающая из-за нервных или мозговых заболеваний, или боль из-за неизлечимых заболеваний, таких как рак).
• Тяжелая, резистентная к лекарствам депрессия.
• Синдром Туретта.

Важно иметь в виду, что, хотя DBS может принести пользу при вышеуказанных состояниях, эксперты до сих пор не знают, так ли это. Обычно требуются годы исследований и клинических испытаний, чтобы определить, полезна ли такая медицинская процедура, как DBS, при подобных состояниях. В то время как исследователи изучают их, операция DBS для лечения этих состояний не является обычным явлением.

Насколько распространены процедуры имплантации DBS?

По оценкам экспертов, по состоянию на 2019 год около 160 000 человек прошли процедуру имплантации устройства DBS с 1980-х годов. По оценкам экспертов, ежегодно проводится около 12 000 процедур.

Детали процедуры

Что происходит перед глубокой стимуляцией мозга (DBS)?

Перед этой процедурой ваш поставщик медицинских услуг обсудит преимущества и недостатки имплантации устройства DBS. Они также объяснят возможные риски, связанные с этой операцией. Они также подтвердят, что вы можете пройти эту операцию, которая может включать в себя другие визуализирующие сканирования или лабораторные анализы, чтобы выяснить причины, по которым вы не сможете пройти процедуру.

Если вы все же решите, что хотите имплантировать DBS, ваш врач направит вас на детальную магнитно-резонансную томографию (МРТ) и компьютерную томографию (КТ) вашего мозга. Эти сканы помогут вашему провайдеру решить, какое место лучше всего подходит для размещения проводов для DBS.

Перед процедурой ваш врач также расскажет вам о следующем:

• Лекарства, которые вы принимаете: Перед процедурой ваш врач может попросить вас прекратить прием некоторых лекарств (например, препаратов, разжижающих кровь). Вы должны прекращать прием лекарств только после обсуждения их с вашим лечащим врачом. Если у вас есть какие-либо вопросы о лекарствах, которые вы принимаете (включая витамины и добавки), рекомендуется задать их своему врачу во время этих бесед.
• Купание и уход за телом: Ваш лечащий врач, скорее всего, даст вам инструкции о том, как купаться и готовиться к процедуре. Это обычно включает в себя специальный тип шампуня или другие продукты, которые подготавливают вашу кожу к процедуре.
• Натощак: Поскольку эта операция включает общую анестезию, ваш лечащий врач примет вас быстро. Это означает отказ от твердой пищи как минимум за восемь часов до процедуры и отказ от жидкости как минимум за два часа до нее.

Что происходит во время глубокой стимуляции мозга (DBS)?

Эта процедура фактически включает в себя две-три операции, которые обычно проводятся в разное время. Первые одна или две процедуры заключаются в том, чтобы вводить электроды для стимуляции в каждую сторону вашего мозга в одно и то же или в разное время. Вторая процедура заключается в имплантации батареи стимулятора, известной как генератор импульсов, под кожу верхней части грудной клетки.

Перед проведением этих операций ваш лечащий врач обычно вводит внутривенный катетер (IV) для внутривенного введения жидкостей. IV также позволяет им давать вам лекарства во время процедуры по мере необходимости.

Размещение электродов

Эта процедура обычно начинается с того, что ваш лечащий врач сбривает волосы на голове. Это облегчает размещение головы в специальной рамке, которая будет удерживать ее неподвижно. Рамка закреплена четырьмя штифтами в черепе. Это делается, пока вы находитесь под седацией, и вы, вероятно, не запомните эту часть.

После того, как рамка будет установлена, они принесут интраоперационный компьютерный томограф, чтобы сделать снимки вашего мозга и определить траекторию, используемую для размещения электродов. После завершения компьютерной томографии определяется точка входа, снова включается седация, и ваша голова очищается хирургической подготовкой. Затем вводят местный анестетик, чтобы обезболить эту область кожи головы и черепа. Затем ваш нейрохирург сделает небольшой надрез (разрез).

После разреза они используют хирургическую дрель, чтобы сделать небольшое отверстие в вашем черепе, чтобы вставить электроды. В зависимости от причины операции вас могут разбудить для пробы бодрствования. В основном это делается при двигательных расстройствах. В бодрствующем состоянии вы можете почувствовать вибрации или услышать звуки сверления, но вы не должны ощущать боли при этом. Ваш мозг также не может чувствовать боль напрямую, поэтому вы не почувствуете боли, когда нейрохирург вводит электроды.

Пока нейрохирург накладывает электроды, он будет заставлять вас отвечать на вопросы, читать или смотреть картинки, а также двигать руками, ногами, кистями и стопами определенным образом. Это помогает им быть уверенными, что лиды находятся в нужном месте. Они также сделают еще одну компьютерную томографию, чтобы убедиться в правильности размещения электродов.

Количество отведений и их размещение зависят от вашего случая. У некоторых людей может быть только один вывод, в то время как у других может быть несколько выводов с одной или обеих сторон головы. После того, как электроды закреплены, концы электродов защищают пластиковым колпачком и прокладывают под кожей к затылку. Затем разрезы очищают и зашивают.

Вы отправитесь в реанимацию, где сделают компьютерную томографию, чтобы подтвердить размещение электрода и убедиться в отсутствии крови. Вы проведете одну ночь в больнице для наблюдения, и большинство людей отправятся домой на следующий день.

Размещение генератора импульсов

Вторая процедура, операция по имплантации генератора импульсов, обычно проводится позже. Эта процедура включает в себя общую анестезию, что означает, что вы будете спать, поэтому вы не почувствуете боли или дискомфорта во время операции.

Во время этой процедуры хирург сделает небольшой разрез на коже чуть ниже ключицы. Затем они создадут под кожей небольшое пространство, похожее на мешочек, для размещения генератора импульсов. Затем они вставят удлинительный провод, который проходит между внешней частью черепа и нижней частью кожи.

Они заставят провод двигаться вниз, пока дальний конец не окажется под вашей кожей возле ключицы в кармане для батареи. Затем они подключат удлинительные провода к электродам DBS, а другой конец удлинительного провода к генератору импульсов. Затем его помещают в мешкообразное пространство под кожей и зашивают. Вы отправитесь домой в тот же день.

Что происходит после глубокой стимуляции мозга (DBS)?

Ваш лечащий врач назначит последующий прием, который состоится в течение нескольких недель после процедуры имплантации генератора импульсов. На этой встрече они начнут программировать генератор импульсов.

Все генераторы импульсов, используемые в настоящее время, имеют встроенную беспроводную антенну. Это позволяет вашему поставщику медицинских услуг получать доступ к устройству и программировать его вне вашего тела. Поиск правильных настроек генератора импульсов может занять некоторое время и дополнительные визиты для регулировки.

Большинство импульсных генераторов имеют специальные аккумуляторы с длительным сроком службы. Стандартных батарей для этих устройств хватает примерно на три-пять лет. В некоторых устройствах используются перезаряжаемые батареи, срок службы которых составляет около девяти лет. Замена батареи также требует хирургической процедуры, но обычно она короче и быстрее, чем первоначальная операция по имплантации генератора импульсов. Вы по-прежнему будете идти домой в тот же день для замены батареи.

Риски/выгоды

Каковы преимущества глубокой стимуляции мозга (DBS)?

DBS имеет ряд преимуществ. К ним относятся:

• Он может предложить вариант лечения, когда лекарства не помогают: DBS — это вариант, когда лекарства не работают или больше не эффективны. При болезни Паркинсона лекарства со временем теряют эффективность, поэтому лечащий врач должен увеличить дозировку. Это приводит к другим побочным эффектам. При DBS более низкие дозы лекарств часто снова эффективны, что означает, что ваши симптомы находятся под контролем и уменьшаются побочные эффекты.
• Это может изменить жизнь (или даже спасти ее): Некоторые состояния, которые лечит DBS, могут вызывать серьезные последствия, которые мешают вам выполнять даже самые рутинные действия. DBS может лечить ваше состояние и улучшать ваши симптомы, улучшая общее качество жизни. При таких состояниях, как резистентная к лекарствам эпилепсия, когда хирургическая резекция невозможна, DBS может дать надежду и снизить частоту приступов.
• Регулируется: Ваш лечащий врач может точно настроить параметры генератора импульсов, чтобы найти то, что лучше всего подходит для вас.
• Это обратимо: Последующая операция может удалить электроды и генератор импульсов, если DBS не работает или вызывает побочные эффекты, которые вы не переносите.

Каковы риски или осложнения DBS?

Поскольку DBS предполагает хирургическое вмешательство, возможны некоторые осложнения и риски. Ваш лечащий врач лучше всего расскажет вам о возможных рисках и осложнениях. Они являются лучшим источником информации, потому что они могут учитывать вашу историю болезни, обстоятельства и многое другое.

Возможные осложнения операции включают:

• Инфекции и сепсис.
• Кровотечение (внутреннее или в месте разрезов).
• Кома.
• Инсульт.
• Отек головного мозга и вокруг него.

Некоторые осложнения могут возникнуть из-за отведений и генератора импульсов. К ним относятся:

• Смещение или неправильное размещение отведений.
• Отводящие провода от генератора импульсов отсоединяются.
• Отказ отведений или генератора импульсов.
• Боль или раздражение вокруг генератора импульсов.

Программирование генератора импульсов и побочные эффекты DBS

DBS использует электрический ток для стимуляции областей вашего мозга. Этот ток почти всегда нуждается в регулировке и тонкой настройке, прежде чем он будет иметь наилучшие возможные эффекты. Это означает, что, пока ваш лечащий врач работает над программированием генератора импульсов, часто возникают следующие симптомы:

• Проблемы с равновесием.
• Путаница или проблемы с фокусировкой.
• Двоение в глазах (диплопия).
• Проблемы с памятью.
• Онемение и покалывание в определенных частях тела.
• Судороги.
• Неожиданные изменения в работе мозга, которые могут повлиять на ваше тело (внезапная слабость или проблемы с контролем мышц в определенной части вашего тела).
• Депрессия.

Восстановление и перспективы

Каково время восстановления?

Ваш лечащий врач лучше всех расскажет вам, чего ожидать в отношении времени выздоровления и когда вы заметите изменения в своих симптомах и самочувствии. Они могут сообщить вам вероятное время восстановления, которое вам понадобится, которое может варьироваться в зависимости от других факторов, таких как ваше общее состояние здоровья, другие состояния, которые у вас есть, и ваши личные обстоятельства.

Большинству людей необходимо оставаться в больнице в течение одного дня после операции, чтобы имплантировать электроды DBS в головной мозг. Операция по имплантации генератора импульсов обычно представляет собой процедуру, при которой вы отправляетесь домой в тот же день.

В целом время восстановления обычно занимает несколько недель. Ваш лечащий врач, скорее всего, попросит вас сделать следующее:

• Избегайте любой деятельности в течение примерно двух недель после каждой процедуры: Сюда входят такие незначительные вещи, как работа по дому или сексуальная активность. Вы не должны поднимать ничего тяжелее 5 фунтов (2,25 кг).
• Избегайте активности средней или высокой интенсивности в течение как минимум четырех-шести недель: Сюда входят упражнения и физический труд. После этого большинство людей могут вернуться к работе или своему обычному распорядку дня.
• Соблюдайте осторожность при движении или потягивании: В течение нескольких дней после операции по имплантации генератора импульсов следует избегать определенных движений, таких как поднятие рук над головой. Ваш лечащий врач сообщит вам, как долго вам нужно будет ограничивать свои движения.

Как мне ухаживать за оперированной областью, когда я дома?

Ваш лечащий врач проинструктирует вас о том, как ухаживать за областями, где вы перенесли операцию. Как правило, вы должны сделать следующее (если вам не сказали иначе):

• Ваш врач снимет все швы или скобы, которые у вас есть, примерно через 10–14 дней после операции.
• Места для булавок на голове должны быть закрыты бинтами, пока они не высохнут. Вы также должны менять повязки не реже одного раза в день (или по указанию вашего врача).
• Повязка может сняться через два дня после операции.
• В этот момент можно принимать душ — просто дайте воде стекать по голове и не царапайте ее.
• Вы можете использовать шампунь для волос, если это детский шампунь. Вы должны быть очень нежны, как вы делаете это. Чтобы высушить голову, очень осторожно погладьте — но не трите — эту область.
• Не царапайте область вокруг разреза. Это может повредить рану и вызвать инфекцию.

Когда звонить врачу

Когда мне следует обратиться к поставщику медицинских услуг?

Ваш лечащий врач назначит визиты к вам после процедур. Визиты по программированию происходят с вашим неврологом, и вам нужно записаться на прием, чтобы увидеть их. Цель этих посещений — найти настройки, которые работают лучше всего и не вызывают побочных эффектов, нарушающих вашу жизнь.

Регулярные визиты к поставщику медицинских услуг также являются обычным явлением для наблюдения за вашим состоянием, симптомами и корректировки лекарств или других видов лечения по мере необходимости. График этих посещений будет обсуждаться с вами вашим врачом.

Когда мне следует позвонить своему лечащему врачу или обратиться в больницу?

Поскольку DBS предполагает хирургическое вмешательство, особенно операцию на головном мозге, существуют некоторые предупреждающие знаки, которые нельзя игнорировать. Вам следует немедленно позвонить своему поставщику медицинских услуг или отправиться в больницу в нерабочее время, если у вас есть следующие симптомы:

• Сильная головная боль, которая возникает внезапно или не проходит.
• Кровотечение из ваших разрезов.
• Покраснение, отек или необычное повышение температуры — признаки инфекции — вокруг разрезов.
• Внезапные изменения в вашем зрении, такие как двоение в глазах, затуманенное зрение или потеря зрения.
• Лихорадка 101 градус F (38,3 градуса C) или выше.

Часто задаваемые вопросы

Какова вероятность успеха глубокой стимуляции мозга?

Обычно глубокая стимуляция мозга бывает успешной. Вероятность успеха зависит от вовлеченного состояния. При таких состояниях, как эпилепсия и болезнь Паркинсона, DBS очень эффективен. Необходимы дополнительные исследования для условий, при которых DBS является экспериментальным, прежде чем эксперты узнают, может ли DBS помочь.

Могу ли я пользоваться электрическими и электронными устройствами, если у меня имплантированы устройства DBS?

В целом электронные устройства и приборы не должны вызывать проблем с генератором импульсов. Если они это сделают, наиболее вероятным результатом будет отключение вашего генератора импульсов. Это может не иметь немедленного эффекта, но иногда вы заметите, что ваши симптомы ухудшаются, или вы заметите неприятное ощущение или ощущение.

В целом следует иметь в виду следующее:

• Ваш лечащий врач даст вам два основных предмета, которые вы должны всегда иметь при себе: идентификационную карту и программатор пациента. Идентификационная карта может помочь вам в ситуациях с определенными электронными устройствами, такими как металлодетекторы или сканеры для защиты от краж. Программатор пациента позволяет включать и выключать устройство, а также при необходимости настраивать параметры стимуляции.
• Бытовая техника, такая как микроволновые печи, компьютеры, смартфоны и другая обычная электроника, не должна создавать никаких помех или проблем с генератором импульсов.
• Наличие одного или нескольких отведений DBS и имплантированного в ваше тело генератора импульсов означает, что вы не можете проходить определенные медицинские и диагностические процедуры визуализации. Процедуры, которые вы не можете пройти, это магнитно-резонансная томография, транскраниальная магнитная стимуляция и диатермия.

Излечивает ли глубокая стимуляция мозга болезни, от которых она используется?

Нет, DBS не лечит заболевания, которые лечит. Он лечит симптомы, но практически все состояния, которые он лечит, остаются на всю жизнь и неизлечимы.

Нужно ли мне принимать лекарства после глубокой стимуляции мозга?

В зависимости от заболевания можно уменьшить количество принимаемых лекарств. Тем не менее, DBS наиболее полезен, когда используется вместе с лекарствами и другими методами лечения. Это связано с тем, что одновременное использование его и других методов лечения означает, что можно снизить дозы лекарств, иметь меньше побочных эффектов и при этом получить те же преимущества.

Покрывает ли страховка глубокую стимуляцию мозга?

Многие страховки покрывают DBS, особенно если у них есть официальное разрешение на лечение этого состояния. (В Соединенных Штатах Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США является агентством, ответственным за утверждение этих видов использования.) Важно, чтобы вы связались со своей страховой компанией, чтобы узнать, покрывают ли они каким-либо образом процедуры DBS.

Записка из клиники Кливленда

Глубокая стимуляция мозга (DBS) — это вариант лечения, который может помочь при широком спектре состояний, влияющих на работу мозга и психическое здоровье. Это почти всегда вариант после того, как другие методы лечения и методы оказались безуспешными. Это наиболее распространено при таких состояниях, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, но исследователи также изучают возможность его использования для лечения многих других состояний. Несмотря на то, что он включает в себя от двух до трех операций, он также очень эффективен для облегчения симптомов и лечения состояний, которые серьезно влияют на качество вашей жизни.

Стимуляция мозга приводит к длительному улучшению памяти

Различные виды памяти контролируются разными частями мозга. Фото: BSIP/UIG/Getty

Способность людей запоминать с возрастом ослабевает, но однажды исследователи смогут использовать простой, немедикаментозный метод, чтобы противостоять этой тенденции.

В исследовании, опубликованном 22 августа в журнале Nature Neuroscience ¹ , Роберт Рейнхарт, когнитивный нейробиолог из Бостонского университета в Массачусетсе, и его коллеги продемонстрировали, что поражение мозга взрослых старше 65 лет слабыми электрическими токами многократно в течение нескольких дней привело к улучшению памяти, которое сохранялось до месяца.

Предыдущие исследования показали, что долговременная память и «рабочая» память, которая позволяет мозгу временно хранить информацию, контролируются разными механизмами и частями мозга. Опираясь на это исследование, команда показала, что стимуляция дорсолатеральной префронтальной коры — области, расположенной ближе к передней части мозга — высокочастотными электрическими токами улучшает долговременную память, в то время как стимуляция нижней теменной доли, которая находится дальше в мозгу. , с помощью низкочастотных электрических токов стимулировали рабочую память.

«Их результаты выглядят очень многообещающе», — говорит Инес Виоланте, нейробиолог из Университета Суррея в Гилфорде, Великобритания. «Они действительно воспользовались совокупными знаниями в этой области».

Повышение памяти

Используя неинвазивный метод стимуляции мозга, известный как транскраниальная стимуляция переменным током (tACS), при котором электрические токи подаются через электроды на поверхность головы, команда Рейнхарта провела серию экспериментов на 150 людях в возрасте между 65 и 88. Участники выполняли задание на запоминание, в котором их просили вспомнить списки из 20 слов, прочитанных вслух экспериментатором. Участники подвергались tACS на протяжении всего времени выполнения задания, которое заняло 20 минут.

После четырех последовательных дней этого протокола у участников, получавших высокочастотную стимуляцию дорсолатеральной префронтальной коры, улучшилась способность запоминать слова с начала списков, задача, которая зависит от долговременной памяти. Низкочастотные импульсы к нижней теменной доле усиливали припоминание участниками элементов, расположенных позже в списках, что включает в себя рабочую память. Производительность памяти участников улучшилась в течение четырех дней, и результаты сохранялись даже месяц спустя. Те, кто имел самые низкие уровни общей когнитивной функции до исследования, испытали самые большие улучшения памяти.

Изменение частот и областей мозга (например, применение высокочастотной стимуляции к теменной доле) или использование «фиктивного» протокола, в котором электрические токи применялись лишь кратковременно в начале и в конце задачи, чтобы имитировать ощущения стимуляции мозга, не улучшит память.

Убедить скептиков

«Эта статья произвела на меня впечатление и одновременно удивило меня», — говорит Саймон Ханслмайр, когнитивный нейробиолог из Университета Глазго, Великобритания. Он отмечает, что вместе с другими учеными он скептически относился к тому, может ли tACS привести к значимым изменениям в познании. Одна из проблем заключалась в том, что устройства tACS генерируют электрические токи намного слабее, чем те, которые создаются другими методами стимуляции мозга, поэтому не всегда было ясно, могут ли они передавать достаточно электричества в мозг, чтобы изменить его функцию. Однако авторы этого исследования убедительно показали, что их протокол был связан с «постоянным и довольно сильным улучшением памяти», — говорит Ханслмайр.

Несколько элементов сделали исследование уникальным, — добавляет Ханслмайр. Во-первых, авторы применяли tACS в течение нескольких дней подряд — в предыдущих исследованиях это обычно делалось только в течение одного сеанса. Другой заключался в том, что в экспериментах участвовали люди старше 65 лет; в большинстве других участвовали молодые студенты с хорошей памятью. По его словам, эти факторы могут помочь объяснить, почему авторам удалось получить такие впечатляющие результаты.

Осталось несколько вопросов. Насколько преимущества стимуляции мозга могут быть распространены на другие типы задач памяти и могут ли улучшения памяти сохраняться дольше месяца — это два ключевых вопроса, которые команда планирует решить в будущих исследованиях, — говорит соавтор Шрей Гровер, исследователь. когнитивный нейробиолог в лаборатории Рейнхарта.

Команда также расширяет работу и изучает, может ли tACS помочь людям с такими состояниями, как болезнь Альцгеймера, добавляет он, учитывая, что исследование показало, что стимуляция мозга может принести наибольшую пользу тем, у кого изначально плохая когнитивная функция. «Мы надеемся, что сможем существенно расширить эту работу и предоставить больше информации о том, как работает мозг».

Ссылки

1. Гровер, С., Вен, В., Вишванатан, В.