- Применив аппарат к различным моделям заболеваний головного мозга, ученые подтвердили эффективность лечения мозга ультразвуковой стимуляцией
Сверхмалое ультразвуковое устройство на основе МЭМС [Предоставлено KAIST]
[HERALD BUSINESS = корреспондент Ку Бон Хёк] 9 ноября Корейский институт передовых технологий (KAIST) сообщил, что совместная исследовательская группа во главв с профессором Ли Хён Чжу из факультета электротехники и электронной инженерии и доктором Ким Чон Ён из Корейского института исследования мозга разработала микросистему, которая может одновременно стимулировать мозг мелких животных ультразвуком и измерять их мозговые волны. Используя технологию, которая может стимулировать мозг ультразвуком в режиме реального времени в зависимости от фазов сна, исследовательская группа обнаружила, что можно контролировать сон и кратковременную память, стимулируя префронтальную кору головного мозга в режиме реального времени во время сна с небыстрым движением глаз.
В отличие от обычных технологий нервной стимуляции, ультразвук может стимулировать даже небольшие локальные области в глубокой части мозга без хирургического вмешательства, и в связи с этим начала привлекать внимание терапия сфокусированным ультразвуком низкой интенсивности. В последнее время активно ведутся исследования терапевтического эффекта и эффективности технологии низкоинтенсивного фокусированного ультразвука. Также опубликован ряд исследований, которые показали, что применение ультразвука к головному мозгу или человеческому телу помогает в лечении болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, эпилепсии, ожирения и артрита.
Методы подтверждения эффективности стимуляции нервов включают измерение сигнала в живом организме (in vivo) и наблюдение за поведением. Однако реализовать это на мелких животных со многими моделями заболеваний непросто. Недостатками существующей технологии ультразвуковой стимуляции является то, что ее нельзя использовать для движущихся мышей из-за их большого размера, или трудно одновременно измерить электрофизиологические сигналы из-за шума аппарата. Более того, не существовало системы для измерения реакций «in vivo» в режиме реального времени, которая способна провести ультразвуковую стимуляцию в течение длительной времени у мелких животных, таких как мыши.
Команда во главе с профессором Ли Хён Чжу постоянно проводит исследования сверхмалых ультразвуковых устройств на основе микроэлектромеханической системы (МЭМС) для решения этих проблем. В этом исследовании они разработали индивидуализированную систему стимуляции с замкнутым контуром, которая дает стимуляцию в соответствии с текущим состоянием мозга, сочетая измерение сигналов мозговых волн и технологию анализа сна в реальном времени. Алгоритм стимуляции с обратной связью анализирует фазу сна в режиме реального времени каждые 6 секунд и передает ультразвуковую стимуляцию, когда это фаза сна с небыстрым движением глаз. Система позволяет одновременно проводить стимуляцию и измерение без шумовых сигналов. Стимуляция префронтальной коры головного мозга мышей с депривацией сна в течение 10 часов показала, что кратковременная пространственная память была защищена, а продолжительность сна с быстрым движением глаза увеличился.
Ли Хён Чжу, профессор электротехники и электронной техники KAIST [Предоставлено KAIST]
В настоящее время команда разрабатывает новую систему, которая может стимулировать очень маленькую часть определенной области мозга для продвижения этой технологии. Если в будущем станет возможным точный контроль фазы сна с помощью локальной стимуляции, то это откроет путь к неинвазивному лечению заболеваний головного мозга, таких как болезни сна, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, которая не требует хирургического вмешательства.
«Ультразвук является одной из безопасных инструментов исследования человеческого тела, которую можно использовать даже для визуализации плода, и его можно передать глубоко в тело сфокусированными лучами, что делает его привлекательным как неинвазивный метод обследования человеческого тела» - сказала профессор Ли Хён Чжу, добавив: «Отсутствие доклинической системы стимуляции затрудняет исследование медицинской эффективности ультразвуковой стимуляции, и мы надеемся, что новоразработанная система будет использована другими группами, занимающимися исследованиями мозга, и поможет выяснить терапевтические эффекты ультразвука.
Результаты данного исследования были опубликованы 19 октября в международном научном журнале Advanced Science, а само исследование было выбрано издательством Wiley в качестве одного из заголовков.
nbgkoo@heraldcorp.com
Comments