Стимуляция мозга, такая как глубокая стимуляция мозга (DBS), является мощным способом лечения неврологических и психических расстройств. В то время как он оказывает терапевтическое воздействие на людей, страдающих болезнью Паркинсона, Альцгеймера и зависимостями уже более десяти лет, лежащий в его основе нервный механизм еще полностью не изучен.

Исследователи из Квинслендского института мозга (QBI) теперь на один шаг ближе к разгадке тайны мозговой активности , чтобы лучше понять этот механизм и потенциально предсказать результаты DBS.

Мозг представляет собой очень сложную сеть цепей, организованных иерархически с широкими связями. Связи идут в разных направлениях, вперед и назад, и между нейронами, которые либо возбуждают — ускорители реакции, либо тормозят — тормозят, модифицируя реакцию.

«Скажем, вы хотите пошевелить рукой — как только этот сигнал будет инициирован, мы ожидаем, что последующая активность будет зависеть от нейронных сетей мозга», — сказал доцент Кай-Сян Чуанг.

«Чего мы не до конца понимаем, так это того, как и когда эти структурные и функциональные компоненты мозга взаимодействуют, что в конечном итоге приводит к результату движения вашей руки».

Функциональная МРТ (фМРТ) — самый популярный метод, используемый для изучения сетей мозга. ФМРТ отслеживает изменения кровотока и оксигенации после нервной активности , тем самым косвенно измеряя формирующиеся функциональные связи и давая нам представление о том, куда распространяется активность мозга.

Однако мозговая деятельность не так проста, как сигнал, перемещающийся из одной области в другую.

Команда лаборатории Чуанга разработала новый сверхбыстрый метод фМРТ со значительно увеличенным временным разрешением, что позволяет им фиксировать динамику мозговой активности с точностью до секунды.

Доцент Чуанг сказал, что новая техника привела к более полному пониманию того, как и когда взаимодействуют структурные и функциональные связи мозга.

«Первое новое открытие, которое мы сделали, заключается в том, что активность мозга не только распространяется через структурную проводку, но и следует определенным предпочтительным цепям в зависимости от их возбуждающих и тормозящих нейронов», — сказал он.

«Связь между областями мозга с похожими типами клеток становится более плавной, а активность мозга — сильнее».

Группа Чуанга отслеживала активность мозга мышей как во время стимуляции, так и в состоянии покоя, используя свою сверхбыструю технику фМРТ. Когда мозг стимулировали, активность следовала за структурной связью в прямом направлении — от А к В, а затем от В к С. Когда мозг находился в состоянии покоя, активность больше зависела от организации типа клеток и меньше от структурной связи, распространяясь между С и B, но не с A, если там был преференциальный контур.

Это означает, что то, как обрабатывается информация, на самом деле зависит от вашего состояния, в то время как ранее считалось, что активность мозга функционирует одинаково независимо от того, находится он в состоянии покоя или занят выполнением задачи.

«Второе открытие, которое мы сделали, заключалось в том, что сигнал крови, обнаруженный фМРТ, может отражать организацию сети и распределение типов клеток», — сказал доцент Чуанг.

«Эти результаты имеют важное значение для того, как функционируют формы структуры мозга и как прогнозировать активность на основе знания этой структуры. С практической точки зрения, то, что мы теперь знаем, повлияет на разработку DBS и других методов стимуляции мозга.

«Следующие шаги заключаются в работе с клиницистами, разбирающимися в стимуляции мозга , чтобы определить, как мы можем использовать эти знания в сочетании с данными человека, чтобы улучшить наше понимание DBS».

Это более полное понимание может позволить нам лучше прогнозировать результаты DBS и потенциально улучшить его дизайн для достижения лучших терапевтических результатов.