Aprèn més ràpidament amb l'estimulació cerebral magnètica

Els investigadors de Bochum estan investigant l'efecte dels patrons d'estímul TMS que canvien específicament l'activitat de determinades cèl·lules nervioses

El que sembla ciència ficció és realment possible: l'estimulació magnètica externa es pot utilitzar per influir específicament en l'activitat de determinades cèl·lules nervioses del cervell. Què passa exactament al cervell durant aquest procés no estava clar abans. Els metges de Bochum sota la direcció del Prof. Dr. Klaus Funke (Departament de Neurofisiologia) ara ha pogut demostrar que diferents patrons d'estímul afecten diferents cèl·lules i inhibeixen o augmenten la seva activitat. Alguns patrons d'estímul van fer que les rates aprenguessin més fàcilment.

Les troballes podrien ajudar a garantir que l'estimulació cerebral es pugui utilitzar d'una manera més específica per combatre la disfunció cerebral en el futur. Els investigadors han publicat els seus estudis al Journal of Neuroscience i al European Journal of Neuroscience.

Els polsos magnètics estimulen el cervell

L'estimulació magnètica transcranial, o TMS per abreujar, és un mètode relativament nou per a l'estimulació sense dolor de les cèl·lules nervioses del cervell. El mètode, presentat per primera vegada per Anthony Barker l'any 1985, es basa en el fet que es pot utilitzar un camp magnètic per estimular l'escorça cerebral, l'escorça, que es troba directament sota l'os cranial. La TMS s'utilitza en el diagnòstic, en la investigació bàsica i com a eina terapèutica potencial. Utilitzat per a diagnòstic, un sol pols magnètic s'utilitza per provar l'activació de les cèl·lules nervioses en una zona de l'escorça per tal d'avaluar els canvis en les malalties o després de prendre medicaments o després d'una estimulació artificial prèvia del cervell. Un sol pols magnètic també es pot utilitzar per provar la implicació d'una àrea concreta de l'escorça en una tasca sensorial, motora o cognitiva, ja que interromp temporalment la seva activitat natural, és a dir, "apaga" temporalment la zona.

Els estímuls repetits alteren l'activitat cerebral

Des de mitjans de la dècada de 1990, la TMS repetitiva s'ha utilitzat per canviar específicament com es poden activar les cèl·lules nervioses de l'escorça humana: “En general, l'estimulació de baixa freqüència redueix l'activitat cel·lular en un Hz, és a dir, un pols magnètic per segon. A freqüències més altes de cinc a 50 polsos per segon, l'activitat de les cèl·lules augmenta", explica el professor Funke. Els investigadors es preocupen principalment dels patrons d'estímul especials, com l'anomenada estimulació de l'explosió theta (TBS). Les ràfegues de 50 Hz es repeteixen a 5 Hz. "Aquest ritme es basa en el ritme theta natural de quatre a set Hertz, que es pot observar a l'EEG", diu Funke. L'efecte depèn principalment de si aquests patrons d'estímul es donen contínuament (cTBS, efecte atenuant) o amb interrupcions (intermitent, iTBS, efecte de millora).

Els punts de contacte entre les cèl·lules s'enforteixen o es debiliten

Es desconeix en gran mesura com es modifica exactament l'activitat de les cèl·lules nervioses per estimulació repetida. Se suposa que els punts de contacte (sinapsis) entre les cèl·lules s'enforteixen (potenciació sinàptica) o es debiliten (depressió sinàptica) per estimulació repetida, procés que també juga un paper important en l'aprenentatge. També s'ha demostrat recentment que els efectes del TMS i l'aprenentatge interactuen en humans.

Les cèl·lules de l'escorça inhibidora són especialment sensibles a l'estimulació

Els investigadors de Bochum ara han pogut demostrar per primera vegada que l'estimulació de l'escorça artificial modifica específicament l'activitat de determinades cèl·lules nervioses inhibidores en funció del protocol d'estímul utilitzat. La interacció de les cèl·lules nervioses excitatòries i inhibidores és un requisit previ absolut per al bon funcionament del cervell. Les neurones especialitzades per a la inhibició mostren una varietat molt més gran de formes i estructura d'activitat que els seus socis excitatoris. Entre altres coses, produeixen diferents proteïnes funcionals en els seus cossos cel·lulars. En els seus estudis, el Prof. Funke es va concentrar a examinar les proteïnes parvalbúmina (PV), calbindina-D28k (CB) i calretinina (CR). Estan formats per diverses cèl·lules inhibidores en funció de la seva activitat, de manera que la seva quantitat proporciona informació sobre l'activitat de les cèl·lules nervioses corresponents.

Els patrons d'estímul tenen un efecte especial en determinades cèl·lules

Les investigacions han demostrat, per exemple, que l'estimulació activadora amb interrupcions (protocol d'estimulació iTBS) gairebé només redueix la formació de PV, mentre que l'estimulació contínua d'amortiment d'activitat (protocol cTBS) o una estimulació igualment amortidora d'1 Hz redueix principalment la reducció de la producció de CB. La formació de CR no es va veure alterada per cap protocol de desafiament provat. El registre de l'activitat elèctrica de les cèl·lules nervioses va confirmar una inhibició alterada de l'activitat cortical.

Aprèn més ràpid després de l'estimulació

En un segon estudi, publicat recentment a l'European Journal of Neuroscience, el grup de treball del professor Funke també va poder demostrar que les rates aprenen més ràpidament si se'ls tractava amb un protocol d'estímul activador (iTBS) abans de cada sessió d'entrenament, però no si la inhibició. Es va utilitzar el protocol cTBS. Es va demostrar que la formació inicialment reduïda de la proteïna parvalbúmina (PV) es va tornar a augmentar pel procediment d'aprenentatge, però només a les àrees cerebrals implicades en el procés d'aprenentatge. En animals que no es dedicaven a la tasca específica d'aprenentatge, la producció de PV es va mantenir reduïda després de l'estimulació activadora. "Per tant, el tractament iTBS redueix inicialment l'activitat de determinades cèl·lules nervioses inhibidores en general, de manera que les activitats d'aprenentatge posteriors es poden emmagatzemar amb més facilitat", conclou el professor Funke. "Aquest procés s'anomena 'gating'. En un segon pas, l'activitat d'aprenentatge torna a normalitzar la inhibició i la formació de PV".

Tractar amb més cura en el futur

La TMS repetitiva ja s'està utilitzant de manera experimental per tractar la disfunció cerebral, especialment la depressió major, amb un èxit limitat. A més, es podria demostrar que els trastorns funcionals de les cèl·lules nervioses inhibidores tenen un paper important en malalties neuropsiquiàtriques com l'esquizofrènia. "Certament, encara és massa aviat per derivar noves formes de tractament per als trastorns funcionals del cervell a partir dels resultats del nostre estudi, però les troballes fan una contribució important a una aplicació possiblement més específica de la TMS en el futur", espera el professor Funke. .

plans de portada

Benali, A., Trippe, J., Weiler, E., Mix, A., Petrasch-Parwez, E., Girzalsky, W., Eysel, UT, Erdmann, R. i Funke, K. (2011) Theta- L'estimulació magnètica transcranial d'explosió altera la inhibició cortical. J. Neurosci., en premsa.

Mix A, Benali A, Eysel UT, Funke K (2010) L'estimulació de l'explosió magnètica transcranial transcranial contínua i intermitent que modifica el rendiment d'aprenentatge tàctil i l'expressió de proteïnes corticals a la rata de manera diferent. A: Eur. J. Neurosci. 32(9):1575-86. doi: 10.1111/j.1460-9568.2010.07425.x. Epub 2010 18 d'octubre.

Font: Bochum [ Universitat del Ruhr ]