Mokykitės greičiau naudodami magnetinę smegenų stimuliaciją

Bochumo mokslininkai tiria, kaip TMS stimuliavimo modeliai konkrečiai keičia tam tikrų nervų ląstelių aktyvumą

Tai, kas skamba kaip mokslinė fantastika, iš tikrųjų įmanoma: išorinė magnetinė stimuliacija gali būti naudojama konkrečiai paveikti tam tikrų smegenų nervų ląstelių veiklą. Kas tiksliai vyksta smegenyse šio proceso metu, anksčiau buvo neaišku. Bochumo gydytojai, vadovaujami prof. dr. Klausas Funke (Neurofiziologijos katedra) dabar sugebėjo parodyti, kad skirtingi stimulų modeliai veikia skirtingas ląsteles ir slopina arba padidina jų aktyvumą. Dėl tam tikrų stimulų žiurkės lengviau mokosi.

Išvados galėtų padėti užtikrinti, kad smegenų stimuliavimas ateityje galėtų būti naudojamas tikslingiau kovojant su smegenų disfunkcija. Tyrėjai paskelbė savo tyrimus žurnaluose „Journal of Neuroscience“ ir „European Journal of Neuroscience“.

Magnetiniai impulsai stimuliuoja smegenis

Transkranijinė magnetinė stimuliacija arba trumpiau TMS yra palyginti naujas būdas neskausmingai stimuliuoti smegenų nervines ląsteles. Metodas, kurį pirmą kartą pristatė Anthony Barker 1985 m., pagrįstas tuo, kad magnetiniu lauku galima stimuliuoti smegenų žievę – žievę, esančią tiesiai po kaukolės kaulu. TMS naudojamas diagnostikoje, fundamentiniuose tyrimuose ir kaip galimas gydymo įrankis. Diagnostiškai naudojant vieną magnetinį impulsą tiriamas nervinių ląstelių aktyvumas žievės srityje, siekiant įvertinti ligų pokyčius arba po vaistų vartojimo ar po ankstesnio dirbtinio smegenų stimuliavimo. Vienu magnetiniu impulsu galima patikrinti ir tam tikros žievės srities įtraukimą į sensorinę, motorinę ar pažintinę užduotį, nes laikinai sutrikdo jos natūralią veiklą, ty laikinai „išjungia“ sritį.

Pasikartojantys dirgikliai keičia smegenų veiklą

Nuo dešimtojo dešimtmečio vidurio pasikartojantis TMS buvo naudojamas konkrečiai pakeisti, kaip žmogaus žievės nervinės ląstelės gali būti aktyvuojamos: „Apskritai žemo dažnio stimuliacija sumažina ląstelių aktyvumą vienu Hz, ty vienu magnetiniu impulsu per sekundę. Esant didesniam dažniui nuo penkių iki 1990 impulsų per sekundę, ląstelių aktyvumas didėja“, – aiškina prof. Funke. Tyrėjai pirmiausia rūpinasi specialiais stimuliavimo modeliais, tokiais kaip vadinamoji teta sprogimo stimuliacija (TBS). 50 Hz pliūpsniai (sparniai) kartojami 50 Hz dažniu. „Šis ritmas pagrįstas natūraliu teta ritmu nuo keturių iki septynių hercų, kurį galima stebėti EEG“, – sako Funke. Poveikis visų pirma priklauso nuo to, ar tokie stimuliavimo modeliai teikiami nuolat (cTBS, silpninantis efektas), ar su pertraukomis (intermituojantis, iTBS, stiprinamasis efektas).

Sustiprėja arba susilpnėja kontaktiniai taškai tarp ląstelių

Iš esmės nežinoma, kaip tiksliai pasikeičia nervų ląstelių aktyvumas pakartotinai stimuliuojant. Daroma prielaida, kad sąlyčio taškai (sinapsės) tarp ląstelių stiprinami (sinapsinė potencija) arba susilpnėja (sinapsinė depresija) dėl kartotinės stimuliacijos – procesas, kuris taip pat vaidina svarbų vaidmenį mokantis. Taip pat neseniai buvo įrodyta, kad TMS ir mokymosi poveikis žmonėms sąveikauja.

Slopinančios žievės ląstelės yra ypač jautrios stimuliacijai

Bochumo tyrėjai pirmą kartą sugebėjo parodyti, kad dirbtinė žievės stimuliacija konkrečiai pakeičia tam tikrų slopinančių nervų ląstelių aktyvumą, priklausomai nuo naudojamo stimuliavimo protokolo. Jaudinamųjų ir slopinamųjų nervų ląstelių sąveika yra absoliuti sveiko smegenų veikimo sąlyga. Neuronai, kurie specializuojasi slopinimui, turi daug didesnę aktyvumo formų ir struktūros įvairovę nei jų sužadinimo partneriai. Be kita ko, jie savo ląstelių kūnuose gamina skirtingus funkcinius baltymus. Savo tyrimuose prof. Funke daugiausia dėmesio skyrė baltymų parvalbumino (PV), calbindin-D28k (CB) ir kalretinino (CR) tyrimui. Jas formuoja įvairios slopinančios ląstelės priklausomai nuo jų aktyvumo, todėl jų kiekis suteikia informacijos apie atitinkamų nervinių ląstelių veiklą.

Stimulių modeliai turi ypatingą poveikį tam tikroms ląstelėms

Tyrimai parodė, kad, pavyzdžiui, aktyvinanti stimuliacija su pertraukomis (iTBS stimuliavimo protokolas) beveik tik sumažina PV susidarymą, o aktyvumą slopinanti nuolatinė stimuliacija (cTBS protokolas) arba taip pat slopinanti 1 Hz stimuliacija daugiausia sumažina CB gamybą. CR formavimosi nepakeitė joks išbandytas provokacijos protokolas. Nervų ląstelių elektrinio aktyvumo registracija patvirtino pakitusį žievės aktyvumo slopinimą.

Mokykitės greičiau po stimuliacijos

Antrame tyrime, neseniai paskelbtame European Journal of Neuroscience, prof. Funke'o darbo grupė taip pat sugebėjo parodyti, kad žiurkės mokosi greičiau, jei prieš kiekvieną treniruotę buvo gydomos aktyvinančio stimulo protokolu (iTBS), bet ne, jei slopinamasis poveikis. Buvo naudojamas cTBS protokolas. Buvo parodyta, kad iš pradžių sumažėjęs baltymo parvalbumino (PV) susidarymas vėl buvo padidintas mokymosi procedūros metu, tačiau tik tose smegenų srityse, kurios dalyvauja mokymosi procese. Gyvūnams, kurie nevykdo konkrečios mokymosi užduoties, PV gamyba išliko sumažinta po aktyvuojančios stimuliacijos. „Taigi iTBS gydymas iš pradžių sumažina tam tikrų slopinančių nervų ląstelių aktyvumą apskritai, kad vėliau būtų lengviau išsaugoti mokymosi veiklą“, – daro išvadą prof. Funke. „Šis procesas vadinamas „vartavimu“. Antrame etape mokymosi veikla vėl normalizuoja slopinimą ir PV formavimąsi.

Ateityje elkitės atidžiau

Pasikartojantis TMS jau yra eksperimentiškai naudojamas smegenų disfunkcijai, ypač didžiajai depresijai, gydyti, tačiau sėkmė yra ribota. Be to, galima įrodyti, kad slopinamųjų nervų ląstelių funkciniai sutrikimai vaidina svarbų vaidmenį neuropsichiatrinėse ligose, tokiose kaip šizofrenija. „Žinoma, dar per anksti remiantis mūsų tyrimo rezultatais išvesti naujas smegenų funkcinių sutrikimų gydymo formas, tačiau išvados labai prisideda prie galbūt konkretesnio TMS taikymo ateityje“, – tikisi prof. Funke. .

viršelio kadrai

Benali, A., Trippe, J., Weiler, E., Mix, A., Petrasch-Parwez, E., Girzalsky, W., Eysel, UT, Erdmann, R. and Funke, K. (2011) Theta- sprogus transkranijinė magnetinė stimuliacija pakeičia žievės slopinimą. J. Neurosci., spaudoje.

Mix A, Benali A, Eysel UT, Funke K (2010) Nuolatinė ir pertraukiama transkranijinė magnetinio teta sprogimo stimuliacija, skirtingai modifikuojanti lytėjimo mokymąsi ir žievės baltymų ekspresiją žiurkėse. In: Eur. J. Neurosci. 32(9):1575-86. doi: 10.1111/j.1460-9568.2010.07425.x. Epub 2010 spalio 18 d.

Šaltinis: Bochum [ Rūro universitetas]