Belajar lebih cepat dengan rangsangan otak magnetik

Penyelidik Bochum sedang menyiasat kesan corak rangsangan TMS secara khusus mengubah aktiviti sel saraf tertentu

Apa yang terdengar seperti fiksyen sains sebenarnya mungkin: aktiviti sel saraf otak tertentu boleh dipengaruhi secara khusus oleh rangsangan magnet luar. Apa sebenarnya yang berlaku di dalam otak semasa proses ini sebelum ini tidak jelas. Pakar perubatan Bochum di bawah arahan Prof Dr. Klaus Funke (Jabatan Neurofisiologi) kini telah dapat menunjukkan bahawa corak rangsangan yang berbeza mempengaruhi sel yang berbeza dan menghalang atau meningkatkan aktiviti mereka. Corak rangsangan tertentu membuatkan tikus belajar dengan lebih mudah.

Penemuan ini boleh membantu memastikan bahawa rangsangan otak boleh digunakan dengan cara yang lebih disasarkan untuk memerangi disfungsi otak pada masa hadapan. Para penyelidik telah menerbitkan kajian mereka dalam Journal of Neuroscience dan European Journal of Neuroscience.

Denyutan magnetik merangsang otak

Rangsangan magnet transkranial, atau singkatannya TMS, adalah kaedah yang agak baru untuk merangsang sel saraf otak tanpa rasa sakit. Kaedah yang pertama kali dibentangkan oleh Anthony Barker pada tahun 1985, adalah berdasarkan fakta bahawa korteks, yang terletak terus di bawah tulang tengkorak, boleh dirangsang menggunakan medan magnet. TMS digunakan dalam diagnostik, dalam penyelidikan asas dan sebagai alat terapeutik yang berpotensi. Digunakan secara diagnostik, nadi magnet tunggal digunakan untuk menguji keupayaan sel saraf untuk diaktifkan di kawasan korteks untuk menilai perubahan dalam penyakit atau selepas mengambil ubat atau selepas rangsangan tiruan sebelumnya pada otak. Nadi magnet tunggal juga boleh digunakan untuk menguji penglibatan kawasan tertentu korteks dalam tugas deria, motor atau kognitif, kerana ia secara ringkas mengganggu aktiviti semula jadinya, iaitu "mematikan" kawasan itu buat sementara waktu.

Rangsangan berulang mengubah aktiviti otak

Sejak pertengahan 1990-an, TMS berulang telah digunakan untuk mengubah secara khusus keupayaan sel saraf untuk diaktifkan dalam korteks manusia: "Secara amnya, aktiviti sel dikurangkan sebanyak satu Hz melalui rangsangan frekuensi rendah, iaitu melalui satu nadi magnetik sesaat. Pada frekuensi yang lebih tinggi iaitu lima hingga 50 denyutan sesaat, aktiviti sel meningkat,” jelas Prof. Funke. Para penyelidik terutamanya prihatin dengan corak rangsangan khas seperti yang dipanggil rangsangan pecah theta (TBS). Letupan 50 Hz diulang pada 5 Hz. "Irama ini berdasarkan irama theta semula jadi empat hingga tujuh hertz, yang boleh diperhatikan dalam EEG," kata Funke. Kesan bergantung terutamanya pada sama ada corak rangsangan sedemikian diberikan secara berterusan (cTBS, kesan melemah) atau dengan gangguan (berselang-seli, iTBS, kesan pengukuhan).

Titik sentuhan antara sel menguatkan atau melemah

Bagaimana sebenarnya aktiviti sel saraf diubah oleh rangsangan berulang sebahagian besarnya tidak diketahui. Diandaikan bahawa titik sentuhan (sinaps) antara sel diperkuatkan (potentiasi sinaptik) atau lemah (kemurungan sinaptik) dengan rangsangan berulang, satu proses yang juga memainkan peranan penting dalam pembelajaran. Baru-baru ini telah ditunjukkan bahawa kesan TMS dan pembelajaran berinteraksi pada manusia.

Sel korteks perencatan sangat sensitif terhadap rangsangan

Para penyelidik Bochum kini telah dapat menunjukkan buat kali pertama bahawa rangsangan korteks buatan secara khusus mengubah aktiviti sel saraf perencatan tertentu bergantung pada protokol rangsangan yang digunakan. Interaksi sel saraf yang merangsang dan menghalang adalah prasyarat mutlak untuk fungsi otak yang sihat. Neuron khusus dalam perencatan menunjukkan pelbagai bentuk dan struktur aktiviti yang jauh lebih besar daripada rakan rangsang mereka. Antara lain, mereka menghasilkan protein berfungsi yang berbeza dalam badan sel mereka. Dalam kajiannya, Prof. Funke memberi tumpuan kepada pemeriksaan protein parvalbumin (PV), calbindin-D28k (CB) dan calretinin (CR). Mereka dibentuk oleh pelbagai sel perencatan bergantung kepada aktiviti, supaya kuantitinya memberikan maklumat tentang aktiviti sel saraf yang sepadan.

Corak rangsangan mempunyai kesan khusus pada sel tertentu

Kajian telah menunjukkan, sebagai contoh, bahawa mengaktifkan rangsangan dengan gangguan (protokol rangsangan iTBS) hampir sahaja mengurangkan pembentukan PV, manakala rangsangan berterusan yang menekan aktiviti (protokol cTBS) atau rangsangan 1 Hz yang juga menekan terutamanya mengurangkan pengurangan pengeluaran CB. Pembentukan CR tidak berubah dengan mana-mana protokol rangsangan yang diuji. Pendaftaran aktiviti elektrik sel saraf mengesahkan perencatan perubahan aktiviti kortikal.

Belajar lebih cepat selepas rangsangan

Dalam kajian kedua, baru-baru ini diterbitkan dalam Jurnal Neurosains Eropah, kumpulan kerja Prof. Funke juga dapat menunjukkan bahawa tikus belajar lebih cepat apabila mereka dirawat dengan protokol rangsangan pengaktifan (iTBS) sebelum setiap sesi latihan, tetapi tidak apabila perencatan. Protokol cTBS telah digunakan. Ternyata pengeluaran protein parvalbumin (PV) yang dikurangkan pada mulanya telah meningkat semula oleh prosedur pembelajaran, tetapi hanya di kawasan otak yang terlibat dalam proses pembelajaran. Dalam haiwan yang tidak terlibat dalam tugas pembelajaran khusus, pengeluaran PV kekal berkurangan berikutan rangsangan mengaktifkan. "Rawatan iTBS pada mulanya mengurangkan aktiviti sel saraf perencatan tertentu secara umum, supaya aktiviti pembelajaran seterusnya dapat disimpan dengan lebih mudah," simpul Prof. Funke. “Proses ini dipanggil 'gating.' Dalam langkah kedua, aktiviti pembelajaran menormalkan perencatan dan pembentukan PV semula."

Rawat dengan lebih khusus pada masa hadapan

TMS berulang telah digunakan secara eksperimen dengan kejayaan terhad untuk merawat disfungsi otak, terutamanya kemurungan yang teruk. Ia juga telah menunjukkan bahawa gangguan fungsi sel saraf yang menghalang memainkan peranan penting dalam penyakit neuropsikiatri seperti skizofrenia. "Sudah tentu masih terlalu awal untuk mendapatkan bentuk rawatan baharu untuk disfungsi otak daripada hasil kajian kami, tetapi penemuan itu memberikan sumbangan penting kepada aplikasi TMS yang mungkin lebih spesifik pada masa hadapan," harap Prof. Funke.

Pukulan penutup

Benali, A., Trippe, J., Weiler, E., Mix, A., Petrasch-Parwez, E., Girzalsky, W., Eysel, U.T., Erdmann, R. and Funke, K. (2011) Theta- pecah rangsangan magnet transkranial umur perencatan kortikal. J. Neurosci., dalam akhbar.

Mix, A., Benali, A., Eysel, U.T., Funke, K. (2010) Rangsangan letusan theta magnet transkranial berterusan dan berselang mengubah suai prestasi pembelajaran sentuhan dan ekspresi protein kortikal dalam tikus secara berbeza. Dalam: Eur. J. Neurosci. 32(9):1575-86. doi: 10.1111/j.1460-9568.2010.07425.x. Epub 2010 18 Okt.

Sumber: Bochum [Universiti Ruhr]