{youtube}1TCXm0wCgiQ{/youtube}

Ten film pokazuje obraz szerzącej się depresji – szerzącej się depolaryzacji – w mózgu szczura. Obraz na górze pokazuje rozprzestrzeniającą się depresję bez żadnej interwencji. Obraz na dole pokazuje rozprzestrzeniającą się depresję z interwencją prądu elektrycznego. Pole rozprzestrzenia się głębiej, ale nie tak daleko na powierzchni mózgu, zasadniczo odcinając postęp rozprzestrzeniającej się depresji.

Naukowcy zidentyfikowali aktywność elektryczną charakterystyczną dla początku migreny i zademonstrowali sposób jej powstrzymania w eksperymentach na zwierzętach.

„Napady padaczkowe i migreny to dwa bardzo różne stany mózgu” — mówi Steven J. Schiff, profesor inżynierii na wydziałach neurochirurgii, inżynierii i mechaniki oraz fizyki w Penn State.

„Odkryliśmy, że rozprzestrzeniająca się depolaryzacja, zwana także rozprzestrzeniającą się depresją, obserwowana w migrenach, jest fundamentalnym zjawiskiem biofizycznym i można ją zatrzymać za pomocą prądu elektrycznego. Co dziwne, jest to przeciwny kierunek prądu elektrycznego używany do wyłączania napadów” – mówi Schiff.

„Aktywność elektryczna w mózgu powodująca aurę jest jak ciągła utrata przytomności…”

Naukowcy nie wyleczyli migreny, ale są bliżej zrozumienia mechanizmu w mózgu, który powoduje początek lub aury tych bólów głowy, które dotykają około 10 procent mężczyzn i 22 procent kobiet, według Centrum Kontroli Chorób.

Przeprowadzając eksperymenty motywowane modelami obliczeniowymi biofizyki rozprzestrzeniania się depolaryzacji, naukowcy z powodzeniem zademonstrowali modulację, tłumienie i zapobieganie rozprzestrzenianiu się depolaryzacji w skrawkach mózgu szczura.

„Aktywność elektryczna w mózgu powodująca aurę przypomina ciągłą utratę przytomności” — mówi Andrew J. Whalen, doktor habilitowany w uniwersyteckim Centrum Inżynierii Neuronów. „To nie jest tylko pojedyncza komórka, ale reakcja łańcuchowa, która porusza się po mózgu, powodując obrzęk, a powrót do zdrowia zajmuje ludziom trochę czasu”.

Wiele osób cierpiących na migrenę po raz pierwszy doświadcza tej wizualnej aury, zanim zacznie się ból głowy. Schiff i jego zespół skupili się na aktywności elektrycznej, która powoduje aurę, ponieważ ma ona fundamentalne znaczenie dla rozpoczęcia migreny.

Po lewej stronie obrazy optyczne przedstawiają falę rozprzestrzeniającej się depolaryzacji w mózgu; pośrodku obraz przedstawia rozpędzanie i przyciąganie do powierzchni fali prądem ujemnym; a po prawej obraz pokazuje uwięzienie fali z zatrzymaniem propagacji, po prawej. (Źródło: Schiff Lab/Penn State)

Naukowcy wiedzą, że zmiana stężenia soli w mózgu może zmienić procesy elektryczne w mózgu. Zmieniając stężenie potasu w mózgu, naukowcy mogli wywołać rozprzestrzeniającą się depolaryzację.

Zaangażowane komórki mózgowe mają centralny korpus zwany somą i długie, podobne do anteny ramię zwane dendrytem. Dwa końce umożliwiają naukowcom polaryzację komórek prądem elektrycznym – ładunki dodatnie gromadzą się na jednym końcu, a ładunki ujemne na drugim. To pozwala im używać prądu elektrycznego do modulowania aktywności komórek mózgowych.

„…możemy pogorszyć sytuację jednym prądem, a możemy poprawić przeciwną…”

„Myśleliśmy, że jeśli zatrzymamy początkową fazę, aurę, zatrzymamy resztę” – mówi Schiff. „W końcu doszliśmy do wniosku, że ładunek niezbędny do powstrzymania rozprzestrzeniającej się depresji był przeciwny do tego, co zakładaliśmy. Gdy wybraliśmy przeciwny ładunek, postęp zjawisk ustał. Ostatecznie wszystko to miało sens, ponieważ napady padaczkowe i migreny zaczynają się na przeciwległych końcach komórek mózgowych”.

Naukowcy byli w stanie wykorzystać ładunek dodatni, aby zatrzymać rozprzestrzeniającą się polaryzację. Obrazowanie wycinków mózgu szczura pokazuje, że aktywność migreny przesuwa się głębiej do mózgu, gdzie nie może się już rozprzestrzeniać, skutecznie kończąc epizod.

„Wymyśliliśmy biofizyczne zrozumienie, które odnosi się do podstawowej fizjologii aury i możemy ją pogorszyć jednym prądem, a możemy ją poprawić, stosując przeciwny prąd” – mówi Schiff.

Zastosowanie takiej polaryzacji można bezpiecznie przeprowadzić w ludzkim mózgu, a tę strategię można przetestować w badaniach klinicznych z udziałem osób cierpiących na migrenę. Jednak pełna migrena doświadczana przez pacjentów komplikuje się po początkowej aurze.

„Chce się móc naprawić mózg tak, aby nie był podatny na migreny ani drgawki” — mówi Bruce J. Gluckman, profesor inżynierii i mechaniki, neurochirurgii i bioinżynierii oraz zastępca dyrektora Centrum Inżynierii Neuronowej. „Aby nie musieć kontrolować migreny lub rozprzestrzeniającej się depresji, gdy już się zacznie. Na razie jest to fundamentalny wynik, który przybliża nas do możliwości istotnej interwencji w tej chorobie”.

Badanie pojawia się w Raporty naukowe.

Naukowcy z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii Elektronicznej; Penn State; i Humboldt University w Berlinie, Niemcy również przyczynili się do pracy.

amerykańsko-niemiecki program współpracy Research in Computational Neuroscience prowadzony przez National Institutes of Health; Bundesministerium für Bildung und Forschung; i National Institutes of Health BRAIN Initiative wsparły tę pracę. Naukowcy złożyli wniosek o tymczasowy patent na tę pracę.

Źródło: Penn State

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon