Схемная модель может объяснить, как глубокая стимуляция мозга лечит симптомы болезни Паркинсона

Прочитано: 136 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Люди с болезнью Паркинсона и их врачи сталкиваются со многими неизвестными, в том числе с ответом на то, как именно глубокая стимуляция мозга (DBS) облегчает некоторые двигательные симптомы, которые испытывают пациенты. В новом исследовании ученые из Бостонского университета и Института обучения и памяти Пикауэра в Массачусетском технологическом институте представили подробную модель, объясняющую основную динамику цепи, предоставляя объяснение, которое, если оно будет подтверждено экспериментально, могло бы еще больше улучшить терапию.

Схемная модель может объяснить, как глубокая стимуляция мозга лечит симптомы болезни Паркинсона

Среди вещей, которые известны о болезни Паркинсона, это то, что дефицит нейромодулятора дофамина связан с аномально высокими ритмами бета-частоты (мозговые волны с частотой около 20 Гц). DBS, включающий доставку высокочастотной электрической стимуляции в область, называемую субталамическим ядром (STN), по-видимому, подавляет эти повышенные бета-ритмы, восстанавливая более здоровый баланс с другими частотами ритма и улучшая контроль движений.

Новая вычислительная модель , основанная на биофизике, описанная в Proceedings of the National Academy of Sciences , утверждает, что благотворное влияние DBS возникает из-за того, как она прерывает порочный круг, способствующий неуправляемому бета-тестированию в контурной петле между STN и областью, называемой полосатым телом. В 2011 году соавтор исследования Мишель Маккарти, доцент кафедры математики и статистики BU, использовала математические модели, чтобы показать, как в отсутствие дофамина в стриатуме может возникать неконтролируемая бета-активность из-за чрезмерного возбуждения среди обитающих в стриатуме клеток, называемых средними. шипиковые нейроны (МСН).

Модель, разработанная постдоком Института Пикауэра Эли Адамом, основана на открытии Маккарти. К Адаму и Маккарти присоединились соавторы Эмери Н. Браун, Эдвард Худ Таплин, профессор медицинской инженерии и вычислительной неврологии в Массачусетском технологическом институте, и Нэнси Копелл, заслуженный профессор математики и статистики Уильяма Фэйрфилда Уоррена в BU. Работа квартета утверждает, что в здоровых условиях, с адекватным уровнем дофамина, клетки полосатого тела, называемые интернейронами с быстрыми импульсами (FSI), могут производить ритмы гамма-частоты (30-100 Гц), которые регулируют бета-активность MSN. Но без дофамина FSI не могут ограничить активность MSN, и бета начинает доминировать во всей петле цепи, соединяющей STN с FSI, с MSN, с другими областями, а затем обратно с STN.

«Гамма FSI важна для контроля над бета-версией MSN, — сказал Адам. «Когда уровень дофамина падает, MSN могут производить больше бета, а FSI теряют способность производить гамма для подавления этой бета, поэтому бета выходит из-под контроля. Затем FSI бомбардируются бета-активностью и сами становятся проводниками для бета, что приводит к его усиление».

Модель показывает, что когда высокочастотная стимуляция DBS применяется к STN, это заменяет подавляющий бета-вход, полученный FSI, и восстанавливает их возбудимость. Оживленные и освобожденные от этих бета-оков, интернейроны возобновляют производство гамма-колебаний (примерно на половине частоты стимуляции DBS, обычно на частоте 135 Гц), которые затем подавляют бета-активность MSN. Поскольку MSN больше не производят слишком много бета-сигнала, петля, ведущая обратно к STN, а затем к FSI, больше не зависит от этой частоты.

«DBS останавливает бета-излучение от распространения к FSI, чтобы оно больше не усиливалось, а затем, дополнительно возбуждая FSI, восстанавливает способность FSI производить сильные гамма-колебания, которые, в свою очередь, подавляют бета-излучение в его источнике», — сказал Адам.

Модель показывает еще одну важную морщину. В нормальных условиях разные уровни дофамина помогают формировать гамму, производимую FSI. Но FSI также получают информацию от коры головного мозга. При болезни Паркинсона, когда дофамин отсутствует, а бета становится доминирующей, FSI теряют свою регулирующую гибкость, но при DBS, с нарушенным бета-доминированием, FSI могут вместо этого модулировать вход из коры даже при отсутствии дофамина. Это позволяет им регулировать гамму, которую они предоставляют MSN, и обеспечивать гармоничное выражение бета-, гамма- и тета-ритмов.

По словам авторов, предоставляя глубокое физиологическое объяснение того, как работает DBS, исследование может также дать клиницистам подсказки о том, как заставить его работать лучше для пациентов. Ключевым моментом является нахождение оптимальных гамма-ритмов FSI, которые могут немного варьироваться от пациента к пациенту. Если это можно определить, то настройка частоты стимуляции DBS для продвижения этого гамма-излучения должна обеспечить наилучшие результаты.

Однако прежде чем это можно будет проверить, фундаментальные выводы модели необходимо подтвердить экспериментально. По словам авторов, модель делает прогнозы, необходимые для продолжения такого тестирования.

Схемная модель может объяснить, как глубокая стимуляция мозга лечит симптомы болезни Паркинсона



Новости партнеров