מחקר חדש מספק את העדויות הוויזואליות הראשונות המראות כי ניתן להפעיל מעגלי מוח בבעלי חיים חיים על ידי גלי אולטרסאונד המוקרנים לדפוסים ספציפיים (הולוגרמות).
בהובלת מדענים ב- NYU Langone Health ובאוניברסיטת ציריך וב- ETH ציריך בשוויץ, המחקר מתאר מערכת המשלבת מקורות של גלי אולטרסאונד והיקף סיבים המחובר למצלמה כדי להמחיש ביעדי מוח של עכברים המופעלים ישירות על ידי הצליל. זה מניח את היסודות, אומרים מחברי המחקר, בדרך חדשה לטיפול במחלות נוירולוגיות והפרעות בריאות הנפש מחוץ לגוף.
כבר כבר ישנם יישומים שאושרו על ידי מתן המזון והתרופות ונועדו להפחית את תסמיני הרעידה שנראו במחלת פרקינסון, תוך שימוש בגלי קול אינטנסיביים כדי להרוג תאי מוח הנקראים נוירונים במסלולי עצבים הקשורים לרעידות. במקום להרוג נוירונים, גלי האולטרסאונד בעוצמה נמוכה יותר המשמשים בעבודה הנוכחית יכולים להפעיל אותם באופן זמני, אומרים החוקרים. ההשפעות שהתקבלו יכולות להיות נפוצות כאשר נוירונים ממסרים מסרים לנוירונים אחרים במעגלים שלהם ובין מעגלים עצביים קשורים זה לזה.
התבוננות ישירות בהשפעותיה של טכנולוגיה זו, הנקראת גירוי אולטראסאונד טרנסקרניאלי (TUS), במוח חי קשה, אך חקר נוירונים במנה במעבדה אינו משקף במדויק את האופן בו גלי אולטרסאונד נוסעים דרך הגולגולת או מתנהגים ברקמה תלת ממדית. כדי שטיפול טוס יהיה בטוח ויעיל, אומרים החוקרים, גלי אולטרסאונד צריכים למקד לאזורי מוח ספציפיים ויש לכייל אותם כך שהאות חזק מספיק כדי לחדור לגולגולת, אך לא כל כך חזק כדי לפגוע ברקמת המוח העדינה.
פורסם בכתב העת הטבע הנדסה ביו -רפואית ב- 7 ביולי המקוון, המחקר הנוכחי כלל ניסויים שבוצעו במוח חי ששכפל במדויק כיצד נוירון מופעל בחלק אחד של המוח יכול להיות בעל השפעות מרחיקות לכת באמצעות מעגלים מחוברים.
עבודתנו מראה כי הפעלת קבוצות שלמות של רשתות עצביות עם גירוי אולטראסאונד טרנס -גולמי במוח עכבר חי אפשרי. "
ביישן שוהם, דוקטור
הסופר המשותף הנוסף הוא דניאל רזנסקי, דוקטורט, באוניברסיטת ציריך וב- ETH ציריך בשוויץ.
"מצאנו כי על ידי התמקדות במעגלים של נוירונים המופצים באזורי המוח ולא בכל אזור פרטני, טוס ממנף חיבורים בין המעגלים כדי להפוך את הנוירונים הממוקדים לרגישים פי 10 לאולטרסאונד," אמר שוהם, שהוא קודקוד של מכון Tech4Health ב- NYU Langone Health, ופרופסור במחלקות לרפואת עיניים ומדעי המוח בבית הספר לרפואה של ניו יורק גרוסמן. "תגלית זו עלולה לייעל את הטכניקה, מורידה את כוח האולטרסאונד הנדרש ויכולה לסלול את הדרך לטיפולי גירוי אולטראסאונד טרנסקרניאלי יותר בעתיד."
כדי לחקור הפעלה במעגל במוח שלם, החוקרים היו צריכים לפגוע באזורי מוח מרובים עם גלי קול תוך פיקוח ישיר גם על אילו נוירונים הופכים בתהליך.
בהנחייתם של שוהם ורזנסקי, החוקרים התמקמו מעל ראשו של העכבר, מערך בצורת קסדה של 512 פולשי אולטראסאונד שפותח על ידי הצוות השוויצרי הצוות יצר הולוגרמות מגלים אולטרסאונד, באותה צורה שמפריעה גלי אור יכולים ליצור תמונות תלת מימדיות (כמו סרטי הנסיכה של הנסיכה). גלי קול המפריעים זה לזה בדרך הנכונה יכולים גם ליצור "תמונות" – במקרה זה, בעיקרו את גלי הצליל המגיעים מהפולטים לתבניות גיאומטריות מוגדרות, כמו משולשים או פנטגונים, על פני המוח.
ככל שהופעלו נוירונים באזורים הממוקדים בהולוגרמה, הם יצרו אות פלואורסצנטי שהמצלמה רשמה, מה שמאפשר לחוקרים למדוד במידה בה הופעלו אזורי מוח שונים בתגובה ל- TUS.
"הממצאים שלנו מספקים תובנות חדשות כיצד גירוי אולטראסאונד טרנס -גולני מפעיל מעגלים בתוך אורגניזם חי", אמר שוהם. "אנו מקווים שהטכניקות ומודלים חישוביים שפיתחנו יעזרו לחוקרים בסיסיים אחרים לבחון את המנגנונים של מעגלי מוח שונים. בסופו של דבר, מטרתנו היא לתרגם עבודה זו לפרוטוקולי גירוי אולטרסאונד טרנסקרניאלי לטיפול במצבים אנושיים שונים, כמו הפרעות בריאות נפשיות."
קדימה, אמר שוהם כי החוקרים רוצים לחקור הפעלת מעגלים עצביים מורכבים יותר ולבדוק אם הם יכולים להשתמש באולטרסאונד כדי להפעיל מעגלים הממוקמים יותר במוח. יישומים מסוימים כבר נבדקים במרפאה.
מימון תמיכה במחקר זה הוענק על ידי מכונים לאומיים למענקי בריאות RF1NS126102 ו- R01NS109885. מימון נוסף הוענק על ידי הקרן הלאומית לשוויץ '.
עמיתו לאחר הדוקטורט תאו למאייר הוא חוקר משותף של NYU Langone המעורב במחקר זה. מחקרים משותפים אחרים של מחקר הם המחבר הראשון הקטור אסטראדה, ימינג צ'ן, נדה דבודי, עלי אוזבק וקנדרסה פרדוזי באוניברסיטת ציריך ובאתריך.
