Непрямое воздействие на мозг может облегчить симптомы болезни Паркинсона

24.03.200932640
Симптомы болезни Паркинсона могут в один прекрасный день стать излечимыми благодаря непрямой электрической стимуляции мозга – с помощью имплантатов, вживляемых в спинной мозг, или даже через стимуляцию мозга с поверхности черепа. Это было показано в двух исследованиях, проведенных на крысах.

Болезнь Паркинсона – тяжелое неврологическое расстройство, характеризующееся треморами, ригидностью конечностей и проблемами с движением. Некоторые пациенты, организм которых не реагирует на традиционно применяемые препараты, подвергаются так называемой глубокой стимуляции мозга, при которой в базальные ганглии, расположенные глубоко в мозговой ткани, помещают микроэлектроды. Эта операция может помочь облегчить симптомы, но в то же время она крайне рискованна, поскольку требует серьезного хирургического вмешательства.

Мигель Николелис (Miguel Nicolelis), нейробиолог из Duke University (Северная Каролина, США), и его коллеги показали на животных моделях болезни Паркинсона, что эффекта глубокой стимуляции мозга можно достичь, стимулируя нервные волокна спинного мозга [1].

Разработка этой научной группы «открывает двери доклиническими испытаниям низкоинвазивной стимуляции спинного мозга на других моделях болезни Паркинсона и клиническим испытаниям на пациентах с этим заболеванием», говорит Барт Наттин (Bart Nuttin), нейрохирург из Католического Университета в городе Лувен (Бельгия), который провел немало операций по глубокой стимуляции мозга.

Нейробиолог Карл Дейссерот (Karl Deisseroth) из Стэндфордского Университета (Stanford University) в Калифорнии, и его научная группа обнаружили, что нейроны, активирующиеся при глубокой стимуляции мозга, могут в действительности находиться не в области конца электрода, а практически у самой поверхности мозга [2]. Это значит, что доктора могут получить доступ к необходимым нейронам, используя нехирургические техники, такие как транскраниальная магнитная стимуляция, при которой внешние магнитные поля индуцируют слабые электрические волны в мозге.

Результаты обеих упомянутых работ опубликованы в последнем номере авторитетного журнала Science.

Болезнь Паркинсона вызывается гибелью нейронов в некоторых участках базальных ганглиев головного мозга, которые формируют сложную систему, ответственную за движение. Эти нейроны производят в мозге важнейший нейромедиатор – допамин, однако заместительная терапия с помощью допамина со временем теряет свою эффективность.

При глубокой стимуляции мозга электроды обычно имплантируются в структуру базальных ганглиев, называемую субталамическим ядром, или в прилежащие к нему области. Электроды корректируют неправильные электрические сигналы, возникающие в мозге, пораженном болезнью Паркинсона, хотя никто не может с уверенностью сказать, каким именно образом это происходит.

Николелис говорит, что «ошибочные» электрические сигналы, возникающие при болезни Паркинсона, сходны с теми, которые возникают после повреждений мозга. В последнем случае их также возможно корректировать при помощи стимуляции нервов за пределами головного мозга. «Поэтому мы решили, что нужно попробовать что-то подобное», говорит исследователь.

Его научная группа работала на двух моделях болезни Паркинсона. В первой модели использовались генетически модифицированные мыши, в мозге которых допамин, производимый специфическими нейронами, не мог утилизироваться. В серии экспериментов Николелис и его коллеги временно снизили уровни допамина с помощью препарата AMPT (альфа-метил-П-тирозин), и оценили активность нейронов в различных областях мозга. У экспериментальных мышей при этом наблюдались затруднения в движении, а их мозг характеризовался активностью, типичной для болезни Паркинсона у человека.

Оценив состояние животных, исследователи имплантировали микроэлектроды в дорсальные (спинные) проводящие пути спинного мозга, которые связаны с множеством структур мозга, в том числе с моторной корой. При высокочастотной стимуляции электродов мыши начинали вновь нормально ходить. Низкочастотная стимуляция имела менее выраженный эффект.

Чтобы получить вторую модель, ученые уничтожали допамин-продуцирующие нейроны, инъецируя крысам 6-гидроксидопамин в оба полушария мозга. На этой модели также было показано, что нарушения движения возможно исправить с помощью стимуляции спинного мозга.

Сейчас Николелис и его коллеги повторяют свои эксперименты на обезьянах-мармозетках, на которых болезнь человека можно смоделировать гораздо лучше, чем на крысах и мышах.

Дейссерот говорит, что результаты группы Николелиса «идеально совпадают» с результатами его группы, что подтверждает гипотезу о том, что моторная кора – основной элемент нервной системы, ответственный за эффекты глубокой стимуляции мозга.

В своих экспериментах группа Дейссерота генетически изменяла специфические нейроны внутри и вокруг субталамического ядра таким образом, что эти нейроны могли активироваться в ответ на стимуляцию светом. В мозг экспериментальным животным вживляли для этого тонкие оптические трубки. После этого в одно из полушарий мозга инъецировали 6-гидроксидопамин, чтобы смоделировать нарушения моторики при болезни Паркинсона.

Исследователи очень удивились, обнаружив, что стимуляция нейронов субталамического ядра не приводила к улучшениям двигательной активности, в то время как значительные улучшения достигались при активации совершенно другой зоны – области моторной коры под названием регион-V. Дейссерот считает, что в действительности электромагнитная стимуляция при вживлении электродов в головной мозг пациентов затрагивает не нейроны субталамического ядра (на которые в действительности направлена), а клетки моторной коры, чем и объясняется эффект глубокой стимуляции мозга. Но теперь ясно, что этого эффекта можно добиться, и не прибегая к столь инвазивным хирургическим операциям.

«Роль субталамического ядра в стимуляции мозга всегда оставалась неясной», поясняет нейробиолог Уильям Лэнгстон (William Langston), директор Института имени Паркинсона и Клинического Центра (Parkinson's Institute and Clinical Center) в Саннивэйл в Калифорнии. «Если все эти исследования получат продолжение, то они могут стать революционными и поколебать существующие парадигмы», считает ученый.

Но на данный момент, тут же предостерегает он, рано о чем-либо говорить, поскольку модели на грызунах все же мало отражают действительность. «Приматы – единственные млекопитающие, у которых болезнь Паркинсона развивается естественным образом, поэтому для начала все должно быть подтверждено на обезьянах».


Моторные навыки и функции могут быть по крайней мере частично восстановлены стимуляцией либо подавлением работы определенных областей мозга с помощью света у крыс с экспериментально вызванной болезнью Паркинсона

Литература:

1. Fuentes, R., Petersson, P., Siesser, W. B., Caron, M. G. & Nicolelis, M. A. L. Science 323, 1578–1582 (2009).
2. Gradinaru, V., Mogri, M., Thompson, K. R., Henderson, J. M. & Deisseroth, K. Science Advanced online publication doi:10.1126/science.1167093 (2009).

По материалам:
NatureNews

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей