Транскраниальное импульсное УЗИ
Транскраниальное импульсное ультразвуковое исследование (ТПУ) использует низкоинтенсивный низкочастотный ультразвук (LILFU) для стимуляции мозга. В 2002 году доктор Александр Быстрицкий впервые высказал идею о том, что эта методология имеет терапевтические преимущества. [1] Начиная с 2008 года доктор Уильям Тайлер и его исследовательская группа из Университета штата Аризона начали исследование и разработку этой альтернативной нейромодуляции без вредных последствий и рисков инвазивной хирургии. Они обнаружили, что этот маломощный ультразвук способен стимулировать высокую активность нейронов, что позволяет манипулировать мозговыми волнами через внешний источник. В отличие от глубокой стимуляции мозга или стимуляции блуждающего нерва , при которых используются имплантаты и электрические импульсы, ТПУ представляет собой неинвазивную и целенаправленную процедуру, не требующую имплантации электродов , которые могут повредить нервную ткань. Его использование применимо в различных областях, включая, помимо прочего, медицинскую и военную науку. Хотя эта технология имеет большой потенциал для внедрения новых и полезных альтернатив традиционным манипуляциям с мозгом, это относительно молодая наука, и на пути ее полного развития имеются определенные препятствия, такие как отсутствие полного понимания и контроля всех мер безопасности. [2]
Исследования и приложения
[ редактировать ]Большая часть исследований по состоянию на 2010 год была связана с проектами по использованию ТПУ в качестве метода лечения нервных расстройств и улучшения когнитивных функций. Однако в 2012 году доктор Тайлер также начал исследование способности ультразвука останавливать судороги. [3] Доктор Тайлер и его команда продолжают совершенствовать свои знания о терапии стимуляции мозга и надеются обеспечить прочную основу для внедрения таких методов. [4]
Медицинская сфера
[ редактировать ]Ученые продолжают тестировать различных млекопитающих, таких как люди и обезьяны. [5] и мышей о положительном влиянии на лечение эпилепсии, болезни Паркинсона, хронической боли, комы, дистонии, психозов и депрессии путем применения безопасного низкоинтенсивного ТПУ. Поскольку потенциал этой технологии охватывает широкий спектр преимуществ, ожидается, что продолжение исследований ее безопасности и эффективности ускорит ее интеграцию в стандартную медицинскую практику. [2]
Военный
[ редактировать ]Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны ( DARPA ) проводит исследования по разработке шлема, который мог бы контролировать психическое напряжение солдат за счет использования ТПУ. Это может потенциально снизить уровень стресса и беспокойства солдата. [6] Звуковые волны будут воздействовать на определенные области мозга, стимулируя активность в областях размером всего несколько кубических миллиметров. Это позволит им воздействовать на очень конкретные области мозга с большой точностью, не нанося ущерба окружающей среде. В настоящее время разрабатывается прототип этого устройства, чтобы улучшить способности и потенциал солдат. [7]
Тестирование
[ редактировать ]Обычный ультразвук, используемый для анатомического анализа, обычно использует частоту волны около 20 МГц для проникновения в ткани организма и получения изображений. Для сравнения, низкочастотный ТПУ имеет субтепловое воздействие около 5,7 МГц. Значительно уменьшая частоту волны, можно манипулировать возбудимыми тканями без чрезмерного воздействия или видимых повреждений. Ученые обнаружили, что концентрация внимания на целевых участках мозга у животных меняет их поведение, электрические свойства их клеток ( электрофизиологию ) и их синаптическую пластичность , которая, по сути, является способностью нейрона функционировать. [1]
Например, было показано, что при воздействии на моторную кору мышей ТПУ вызывает движения лап без изменения структуры или функции этой области мозга. Это доказывает, что данный метод способен контролировать активность мозга на высоком когнитивном уровне. Понятно, что более короткие волны способны активировать активность нейронов, а более длинные – тормозить ее. Однако механизм, ответственный за эту реакцию, еще не открыт. Недавняя ведущая гипотеза заключается в том, что механическое манипулирование чувствительными к растяжению мембранами фактически стимулирует определенные потенциалзависимые ионные каналы, такие как натриевые или кальциевые, модулируя тем самым активность нейронов. [1]
Ограничения
[ редактировать ]Клинические испытания были использованы для определения каких-либо выдающихся вредных последствий. Хотя в результате этих тестов ни у одного субъекта не наблюдалось долгосрочных неврологических нарушений, это относительно новая процедура, которая недостаточно изучена для прогнозирования долгосрочных побочных эффектов. Несмотря на то, что ультразвук является более безопасной альтернативой хирургическому вмешательству, поскольку он неинвазивный, ультразвук всегда потенциально может непреднамеренно повредить нейроны вредным образом и вызвать незначительные кровоизлияния после длительного воздействия. [8]
Терапевтические преимущества
[ редактировать ]В отличие от высокочастотного ультразвука, LILFU обладает следующими преимуществами: более низкое поглощение в тканях, большая глубина физического проникновения в ткани, более сильное отклонение частиц, значительно лучшее акустическое проникновение и мощность в кости, большее влияние на кинетические эффекты, немедленные/краткосрочные результаты эффекта. , более длительный/стойкий эффект после процедуры и более высокая степень безопасности пациента. [9]
Были получены доказательства потенциала ультразвуковой нейромодуляции в лечении хронической боли и подобных состояний. После того, как 31 пациент с хронической болью подвергся несфокусированной транскраниальной ультразвуковой стимуляции с частотой 8 МГц, направленной на заднюю лобную кору, в двойном слепом, ложно-контролируемом исследовании, они сообщили об улучшении настроения через 10–40 минут после получения лечения. Из-за нехватки времени эти тесты не обязательно являются достаточно обширными, чтобы предоставить убедительные доказательства влияния лечения на общее психическое благополучие. [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Хамерофф, Стюарт (2013). «Влияние транскраниального ультразвука (ТУС) на психические состояния: пилотное исследование» (PDF) . Стимуляция мозга . 6 (3). Эльзевир: 409–15. дои : 10.1016/j.brs.2012.05.002 . ПМИД 22664271 . S2CID 206354818 . Архивировано из оригинала (PDF) 22 марта 2013 года . Проверено 25 октября 2013 г.
- ^ Jump up to: а б «Ультразвук оказывает дистанционное управление мозговыми цепями» . ScienceDaily . Мозговые схемы . Проверено 23 октября 2013 г.
- ^ Тайлер, Уильям. «Наши исследования в новостях» . Лаборатория Тайлера . Проверено 10 ноября 2013 г.
- ^ Тайлер, Уильям. «Резюме исследовательской программы» . Медицинская школа и научно-исследовательский институт Технологического института Карилиона Вирджинии. Архивировано из оригинала 3 ноября 2013 года . Проверено 23 октября 2013 г.
- ^ Деффье Т., Юнан Ю., Ваттиз Н., Тантер М., Пуже П. и Обри Дж. Ф. (2013). Фокусированный ультразвук низкой интенсивности модулирует зрительно-моторное поведение обезьян. Текущая биология, 23(23), 2430-2433 [1]
- ^ Диллоу, Клей (10 сентября 2010 г.). «DARPA хочет установить транскраниальные ультразвуковые устройства контроля сознания в солдатские каски» . Популярная наука . Компания Бонньер . Проверено 21 февраля 2016 г.
- ^ Тайлер, доктор Уильям Дж. «Дистанционное управление активностью мозга с помощью ультразвука» . Вооружённый наукой . Министерство обороны США . Проверено 21 февраля 2016 г.
- ^ Даффертсхофер, М. (2005). «Транкраниальный низкочастотный ультразвуковой тромболизис при ишемии головного мозга: повышенный риск кровоизлияния при сочетании ультразвука и тканевого активатора плазминогена: результаты II фазы клинического исследования» . Гладить . 36 (7): 1441–6. дои : 10.1161/01.STR.0000170707.86793.1a . ПМИД 15947262 .
- ^ «Почему низкочастотный ультразвук?» . УльтраПульс . Проверено 13 ноября 2013 г.
- ^ Чжан, Т.; Пан, Н.; Ван, Ю.; Лю, К.; Ху, С. (2021). «Транскраниальная сфокусированная ультразвуковая нейромодуляция: обзор возбуждающего и тормозящего воздействия на активность мозга у человека и животных» . Границы человеческой неврологии . 15 . Издательство в открытом доступе. дои : 10.3389/fnhum.2021.749162 . ПМЦ 8507972 . ПМИД 34650419 .