לראשונה, טכניקת אולטרסאונד חדשה מאפשרת לחוקרים לעורר מיקומים מרובים במוח בו זמנית. זה פותח אפשרויות חדשות לטיפול במחלות מוח הרסניות כמו אלצהיימר, פרקינסון ודיכאון בעתיד.
התמונה הראשונה שצולמה של אדם בימינו היא בדרך כלל סריקת אולטרסאונד ברחם. אבל הטכנולוגיה מסוגלת להרבה יותר מזה. פיזיותרפיסטים השתמשו זה מכבר באולטרסאונד כדי לחום רקמות גוף, ומנתחים אונקולוגיים משתמשים באולטרסאונד בעצימות גבוהה-והחום שהוא מייצר בתוך הגוף-כדי להרוס גידולים.
בעשור האחרון חקרו מדענים עד כמה ניתן להשתמש באולטרסאונד בעצימות נמוכה כדי להשפיע על פעילות עצבית במוח באופן ממוקד. ניסויים קליניים ראשוניים כבר מבקשים לוודא אם "נוירומודולציה" זו יכולה לעזור להקל על הסימפטומים של אלצהיימר או אפילפסיה, או טלטול חולי רעד.
כעת, חוקרים מ- ETH ציריך, אוניברסיטת ציריך ואוניברסיטת ניו יורק הצליחו לשפר את הטכניקה של גירוי קולי במוח. המדענים פיתחו מכשיר שבפעם הראשונה מאפשר להם לעורר שלוש או עד חמש נקודות מוגדרות בדיוק במוח בו זמנית, כפי שהם מדגימים במחקר שלהם. עד עכשיו זה היה אפשרי רק במידה מסוימת – ובדיוק הרבה פחות.
בהתחשב בכך שהמוח פועל ברשתות, קל יותר להפעיל או לעכב רשת מוח אם אתה ממריץ אותו בנקודות מרובות בו זמנית. "
דניאל רזנסקי, פרופסור ב- ETH ציריך ואוניברסיטת ציריך
רזנסקי הוביל את העבודה יחד עם עמית מאוניברסיטת ניו יורק.
דרך הגולגולת
בשיטה זו, נוירו -מודולציה מתבצעת באמצעות הגולגולת על ידי הנחת המכשיר על גבי הראש. זוהי טכניקה לא פולשנית-במילים אחרות, אין צורך בקרניוטומיה או בהתערבות כירורגית אחרת.
החוקרים ביצעו נוירו -מודולציה על עכברים במעבדה. לשם כך, הם מיקמו את ראש העכבר במרכז מכסה המנוע המצויד בכמה מאות מתמרים אולטרסאונד שפותחו על ידי החוקרים.
בעזרת אלקטרוניקה גירוי מתוחכמת, מתמרים אלה מייצרים פולסים אולטרסאונד קצרים באופן שגלרי האולטרסאונד מפריעים זה לזה במוח. העיקרון דומה להולוגרמה, תמונה תלת ממדית ככל הנראה המיוצרת על ידי האינטראקציה בין גלי אור. בשיטה החדשה שפותחו על ידי החוקרים מציריך וניו יורק, מוקדים בודדים מיוצרים על ידי שכבה על מספר גדול של גלי אולטרסאונד.
על ידי אפנון רשתות מוח במקומות מרובים בו זמנית, החוקרים יכולים לעבוד בעוצמת אולטרסאונד נמוכה יותר בהשוואה לגירויים עם נקודה אחת. "ככל שהאולטרסאונד פחות אינטנסיבי, כך התהליך הזה בטוח יותר למוח", מסביר רזנסקי. גישות מוקדמות יותר לנוירומודולציה קוליית סבלו לעתים קרובות מאפקט כל-או-כלום: אם האולטרסאונד היה חלש מדי, לא הייתה לה השפעה, ואילו עוצמה גבוהה מדי הובילה לעירור בלתי מבוקר של המוח כולו, שנשא סיכון לנזק מוחי. יתר על כן, אולטרסאונד אינטנסיבי עלול לגרום לנזקים בכלי הדם ולהשפעות אחרות של התחממות יתר לא רצויה במוח או בגולגולת.
השפעה מכנית על חלבונים
פולסי אולטרסאונד ממוקדים בעצימות נמוכה משפיעים לטווח קצר, כולל עליית טמפרטורה קצרה באזור המוקד. יתר על כן, נהוג לחשוב שהם משפיעים גם על חלבוני ערוץ שנמצאים על פני הנוירונים ושולטים בהובלת יונים לתאים ומחוצה להם. אילו מנגנונים תורמים להפעלה ועיכוב של נוירונים – ובאיזו מידה – הוא דבר שחוקרים עדיין צריכים לחקור בפירוט.
ניתן להשתמש בשיטה החדשה לא רק להפעלת רשתות מוח אלא גם כדי לדמיין בו זמנית הפעלה זו באמצעות הדמיה, כך שחוקרים יכולים לראות מייד אילו רשתות הופעלו.
המחקר האחרון, אותו פרסמו החוקרים בכתב העת הטבע הנדסה ביו -רפואית, שימש לפיתוח הטכנולוגיה ולא היה מכוון ליישום רפואי.
ניסויים בבעלי חיים חיוניים למחקר זה
מחקר זה ושיתוף הפעולה עם חוקרים מאוניברסיטת ניו יורק מומנו בעיקר על ידי מכוני הבריאות הלאומיים של ארצות הברית. מכיוון שסוכנות זו נמצאת כעת בלחץ פוליטי והיא כבר לא מעניקה מימון לשותפי מחקר בינלאומיים, נכון לעכשיו לא ניתן לחוקרים להמשיך בשיתוף הפעולה שלהם באותה מסגרת, מסביר רזנסקי. עם זאת, הוא היה רוצה להמשיך בעבודה כמיטב יכולתו עם מקורות מימון אחרים.
בשלב הבא, החוקרים רוצים להתמקד ביישומים ולבדוק את הטכנולוגיה במודלים של בעלי חיים שונים של מחלות מוח. בנוסף לאלצהיימר, לרעידה ואפילפסיה, יישומים רפואיים פוטנציאליים אחרים כוללים דיכאון, טיפולי פרקינסון ושבץ שבץ מוחי.
"אנו סומכים על בעלי חיים על המחקר שלנו", אומר רזנסקי. "לא ניתן יהיה לחקור את ההתפתחויות הללו בשלב כה מוקדם בבני אדם. ראשית עלינו ללמוד כיצד לשלוט על ההתערבות ולהבטיח שהיא בטוחה ויעילה לטיפול במחלות מוח."
הקבוצה של רזנסקי מתמחה בפיתוח אולטרסאונד וטכניקות הדמיה אופטיות – באופן ספציפי, בהיבטים הנדסיים של המערכת, שיטות ניסוי וניתוח נתונים. הקולגות מניו יורק תרמו את מומחיותם בתחום מדעי המוח. התפתחות המכשיר והניסויים התרחשו בציריך.
