Lærðu hraðar með segulmagnaðir heila örvun

vísindamenn Bochum er að rannsaka áhrif TMS hvati mynstur sérstaklega breyti virkni ákveðinna taugafrumna

Það hljómar eins og vísindaskáldsögu er í raun hægt: Vegna segulmagnaðir örvun utan frá getur verið virkni ákveðinna frumna í heila taug sértækt áhrif. Hvað það gerist í heilanum nákvæmlega var enn óljóst. Bochum læknar undir forystu prófessors dr Klaus Funke (Department of taugalífeðlisfræði) hafa nú sýnt að ýmsir hvati mynstur bregðast á mismunandi frumur og hamla virkni þeirra eða aukningu. Ákveðnar hvati mynstur leiddu svo meina að rottur læra meira auðveldlega.

Niðurstöðurnar gæti hjálpað að að heila örvun er hægt að nota í framtíðinni miðað er á móti truflun á starfsemi heila. Rannsakendur hafa birt rannsóknir sínar í Journal of Neuroscience og í European Journal of Neuroscience.

Segulpúlsar örva heilann

Transcranial segulörvun, eða TMS í stuttu máli, er tiltölulega ný aðferð til að örva taugafrumur í heila án sársauka. Aðferðin, sem Anthony Barker kynnti fyrst árið 1985, byggir á því að hægt er að örva heilaberki, sem liggur beint undir höfuðkúpubeini, með segulsviði. TMS er notað við greiningar, í grunnrannsóknum og sem hugsanlegt meðferðartæki. Þegar hann er notaður til greiningar er einn segulpúls notaður til að prófa getu taugafrumna til að virkjast á svæði heilans til að meta breytingar á sjúkdómum eða eftir lyfjatöku eða eftir fyrri gerviörvun heilans. Einn segulpúls er einnig hægt að nota til að prófa þátttöku tiltekins svæðis í heilaberki í skynjunar-, hreyfi- eða vitrænni verkefni, þar sem hann truflar náttúrulega virkni þess í stutta stund, þ.e.a.s. „slökkva“ á svæðinu tímabundið.

Endurtekin áreiti breyta virkni heilans

Síðan um miðjan tíunda áratuginn hefur endurtekið TMS verið notað til að breyta hæfni taugafrumna til að virkjast í heilaberki manna: „Almennt minnkar virkni frumanna um einn Hz með lágtíðniörvun, þ.e. segulpúls á sekúndu. Við hærri tíðni, fimm til 1990 púls á sekúndu, eykst virkni frumanna,“ útskýrir Prof. Funke. Rannsakendur hafa fyrst og fremst áhyggjur af sérstöku áreitimynstri eins og svokallaðri theta burst örvun (TBS). 50 Hz straumar eru endurteknir við 50 Hz. „Þessi taktur er byggður á náttúrulegum þetatakti fjögurra til sjö hertz, sem hægt er að sjá í heilaritanu,“ segir Funke. Áhrifin ráðast fyrst og fremst af því hvort slík örvunarmynstur er gefið stöðugt (cTBS, veikingaráhrif) eða með truflunum (intermittent, iTBS, styrkjandi áhrif).

Snertipunktar milli frumna styrkjast eða veikjast

Hvernig nákvæmlega virkni taugafrumna breytist með endurtekinni örvun er að mestu óþekkt. Gert er ráð fyrir að snertipunktar (taugamót) milli frumna styrkist (taugamótastyrking) eða veikist (taugamótalægð) með endurtekinni örvun, ferli sem gegnir einnig mikilvægu hlutverki í námi. Nýlega var sýnt fram á að áhrif TMS og náms hafa samskipti á mönnum.

Hindrandi heilaberkisfrumur eru sérstaklega viðkvæmar fyrir örvun

Vísindamenn frá Bochum hafa nú í fyrsta skipti tekist að sýna fram á að örvun með gervi heilaberki breytir sérstaklega virkni ákveðinna hamlandi taugafrumna eftir því hvaða áreiti er notað. Samspil örvandi og hamlandi taugafrumna er algjör forsenda fyrir heilbrigðri starfsemi heilans. Taugafrumur sem eru sérhæfðar í hömlun sýna mun meira úrval af formum og uppbyggingu virkni en örvandi félagar þeirra. Þeir framleiða meðal annars mismunandi starfhæf prótein í frumulíkama sínum. Í rannsóknum sínum lagði prófessor Funke áherslu á að skoða próteinin parvalbumin (PV), calbindin-D28k (CB) og calretinin (CR). Þau eru mynduð af ýmsum hamlandi frumum eftir virkni þannig að magn þeirra gefur upplýsingar um virkni samsvarandi taugafrumna.

Hvatningarmynstur hefur ákveðin áhrif á ákveðnar frumur

Rannsóknirnar hafa til dæmis sýnt að virkjun örvunar með truflunum (iTBS örvunaraðferð) dregur nánast aðeins úr PV myndun, á meðan virknidempandi stöðug örvun (cTBS siðareglur) eða einnig niðurdrepandi 1 Hz örvun dregur aðallega úr CB framleiðslu. CR myndun breyttist ekki með neinum af áreiti aðferðunum sem prófuð voru. Skráning á rafvirkni taugafrumna staðfesti breytta hömlun á virkni barkar.

Lærðu hraðar eftir örvun

Í annarri rannsókn, sem nýlega var birt í European Journal of Neuroscience, tókst vinnuhópi prófessor Funke einnig að sýna fram á að rottur lærðu hraðar þegar þær voru meðhöndlaðar með virkjandi áreiti (iTBS) fyrir hverja þjálfun, en ekki þegar hömlunin Notast var við cTBS samskiptareglur. Í ljós kom að upphaflega skert framleiðsla á próteininu parvalbumin (PV) jókst aftur með námsferlinu, en aðeins á heilasvæðum sem taka þátt í námsferlinu. Hjá dýrum sem ekki tóku þátt í tilteknu námsverkefni, hélst PV framleiðsla minnkuð eftir virkjunarörvun. „ÍTBS meðferðin dregur upphaflega úr virkni ákveðinna hamlandi taugafrumna almennt, þannig að auðveldara er að geyma síðari námið,“ segir Prof. Funke að lokum. „Þetta ferli er kallað „gating“. Í öðru skrefi staðlar námið hömlun og PV myndun aftur.“

Meðhöndlaðu nánar í framtíðinni

Endurtekið TMS er þegar notað í tilraunaskyni með takmörkuðum árangri til að meðhöndla truflun á heilastarfsemi, sérstaklega alvarlegu þunglyndi. Einnig hefur verið sýnt fram á að starfrænar truflanir á hamlandi taugafrumum gegna mikilvægu hlutverki í taugageðrænum sjúkdómum eins og geðklofa. „Það er vissulega enn of snemmt að draga nýjar meðferðarform við truflun á heilastarfsemi út frá niðurstöðum rannsóknarinnar okkar, en niðurstöðurnar gefa mikilvægt framlag til kannski sértækari beitingar TMS í framtíðinni,“ vonast Prof. Funke.

Forsíðuskot

Benali, A., Trippe, J., Weiler, E., Mix, A., Petrasch-Parwez, E., Girzalsky, W., Eysel, UT, Erdmann, R. og Funke, K. (2011) Theta- springa transcranial segulmagnaðir örvun aldur cortical hömlun. J. Neurosci., í prentun.

Mix, A., Benali, A., Eysel, UT, Funke, K. (2010) Stöðug og með hléum transkúpu segulmagnuð þeta springa örvun breytir áþreifanlegum námsframmistöðu og barkpróteintjáningu í rottum á annan hátt. Í: Eur J. Neurosci. 32(9):1575-86. doi: 10.1111/j.1460-9568.2010.07425.x. Epub 2010 18. október.

Heimild: Bochum [Ruhr háskólinn]