Электрическая стимуляция мозга
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2013 г. ) |
Электрическая стимуляция мозга ( EBS ), также называемая фокальной стимуляцией мозга ( FBS , представляет собой форму электротерапии, используемую в качестве метода в исследованиях и клинической нейробиологии для стимуляции нейрона ) или нейронной сети в мозге посредством прямого или непрямого возбуждения его клеточную мембрану с помощью электрического тока . EBS используется в исследовательских или терапевтических целях.
История
[ редактировать ]Электрическая стимуляция мозга была впервые использована в первой половине XIX века исследователями-новаторами, такими как Луиджи Роландо. [ нужна ссылка ] (1773–1831) и Пьер Флуранс . [ нужна ссылка ] (1794–1867), чтобы изучить локализацию функций мозга после открытия итальянским врачом Луиджи Гальвани (1737–1798), что нервы и мышцы электрически возбудимы. Стимуляцию поверхности коры головного мозга с помощью стимуляции мозга использовали для исследования моторной коры у животных такие исследователи, как Эдуард Хитциг (1838–1907), Густав Фрич (1838–1927), Давид Ферье (1842–1928) и Фридрих Гольц (1834–1902). Кору головного мозга человека также электрически стимулировали нейрохирурги и неврологи, такие как Роберт Бартолоу (1831–1904) и Федор Краузе (1857–1937).
В следующем столетии эта техника была усовершенствована благодаря изобретению стереотаксического метода пионером британского нейрохирурга Виктору Хорсли (1857–1916) и разработке хронических электродных имплантатов швейцарским нейрофизиологом Вальтером Рудольфом Гессом (1881–1973) и Хосе Дельгадо. (1915–2011) и других, используя электроды, изготовленные из прямого изолированного провода , которые можно было вводить глубоко в мозг свободно ведущих себя животных, таких как кошки и обезьяны . Этот подход был использован Джеймсом Олдсом (1922–1976) и его коллегами для обнаружения вознаграждения за стимуляцию мозга и центра удовольствия . Американско-канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд (1891–1976) и его коллеги из Монреальского неврологического института использовали обширную электрическую стимуляцию коры головного мозга у бодрствующих нейрохирургических пациентов, чтобы исследовать двигательный и сенсорный гомункулус (представление тела в коре головного мозга согласно распределение моторных и сенсорных территорий).
EBS по-прежнему неразрывно связана с творчеством Роберта Гэлбрейта Хита , Дельгадо и Пенфилда. Интересно, что в ходе исследований церебральной локализации нейрохирург Пенфилд не смог вызвать эмоциональные реакции у людей ни путем наблюдения за спонтанной эпилепсией, ни путем электрической стимуляции поверхности коры головного мозга. Нейрофизиолог Дельгадо отметил несколько исключений из этого правила. Напротив, EBS с помощью глубоко имплантированных электродов в локализованные области мозга ( глубокая стимуляция мозга ; DBS) вызывала как приятные, так и неприятные реакции у лабораторных животных и людей, как описано ранее. [1] [2] [3]
EBS может вызывать у кошек ритуальные, двигательные реакции притворной ярости путем стимуляции переднего гипоталамуса , а также более сложные эмоциональные и поведенческие компоненты «истинной ярости» как у экспериментальных животных путем стимуляции латерального гипоталамуса, так и у людей с помощью стимуляции латерального гипоталамуса. стимуляция различных глубоких областей мозга. EBS у пациентов с эпилепсией может вызывать судороги на поверхности мозга, а также патологическую агрессию и ярость при стимуляции миндалевидного тела. [3] [4]
Процесс
[ редактировать ]Микроскопия двухфотонного возбуждения показала, что микростимуляция редко активирует нейроны вокруг электрода даже при низких токах (всего 10 мкА) на расстояниях до четырех миллиметров. Это происходит без специального выбора других нейронов, находящихся гораздо ближе к кончику электрода. Это связано с тем, что активация нейронов определяется тем, есть ли у них аксоны или дендриты , проходящие в радиусе 15 мкм вблизи кончика электрода. По мере увеличения тока объем вокруг кончика, который активирует аксоны и дендриты нейронов, увеличивается, и вместе с этим увеличивается количество активируемых нейронов. Активация, скорее всего, происходит вследствие прямой деполяризации, а не синаптической активации . [5]
Эффекты
[ редактировать ]Всесторонний обзор исследований EBS составил список множества различных острых воздействий стимуляции в зависимости от целевой области мозга. Ниже приведены некоторые примеры задокументированных эффектов: [6]
- Сенсорные : ощущения покалывания тела, покачивания, движения, удушья, жжения, шока, тепла, парестезии , ощущения падения, осциллопсия , дизестезия , левитация, звуки, фосфены , галлюцинации, микропсия , диплопия и т. д.
- Двигательные : движения глаз, локомоция, остановка речи, автоматизмы , смех, палилалия , жевание, позывы к движению, плач без грусти и т. д.
- Вегетативные : покраснение кожи, мидриаз , изменение артериального давления и дыхания, апноэ , тошнота, тахикардия , потливость и т. д.
- Эмоциональные : тревога, веселье, чувство нереальности, страх, счастье, гнев, печаль, преходящая острая депрессия, гипомания и т. д.
- Когнитивная : акалькулия , парафазия , аномическая афазия , припоминание воспоминаний, «вход в транс», «выход из этого мира», афазия проводимости , гемипространственное игнорирование , алексия , дежавю , повторное переживание прошлого опыта, аграфия , апраксия и т. д.
СЭБ в чувствительных к лицу участках веретенообразной извилины заставила больного сообщить, что лица людей, находившихся с ним в палате, «преобразовались» и исказились: «Нос у вас отвис, ушёл влево. [...] Изменилось только лицо, все остальное осталось прежним». [7]
Терапевтическое применение
[ редактировать ]
Примерами терапевтического EBS являются:
- Краниальная электротерапевтическая стимуляция (CES)
- Глубокая стимуляция мозга (DBS)
- Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS)
- Электросудорожная терапия (ЭСТ)
- Магнитная стимуляция слабого поля (LFMS)
- Функциональная электростимуляция (ФЭС)
- Магнитная судорожная терапия (МСТ)
- Стимуляция блуждающего нерва (ВНС)
- Глубокая транскраниальная магнитная стимуляция (Deep TMS)
- Отзывчивая нервная стимуляция (РНС)
Сильные электрические токи могут вызвать локальное поражение нервной ткани вместо функциональной обратимой стимуляции. Это свойство использовалось в нейрохирургических процедурах при различных методах лечения, например, при болезни Паркинсона , фокальной эпилепсии и психохирургии . Иногда тот же электрод используется для исследования мозга на предмет обнаружения дефектных функций перед прохождением повреждающего тока ( электрокоагуляция ).
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пенфилд, Уайлдер (1974). Речевые и мозговые механизмы . Нью-Йорк: Атенеум.
- ^ Дельгадо, Хосе (1986). Физический контроль над разумом: на пути к психоцивилизованному обществу . Нью-Йорк: Харпер и Роу.
- ^ Jump up to: а б Фариа, Мигель А. «Насилие, психические заболевания и мозг – Краткая история психохирургии: Часть 2 – От лимбической системы и цингулотомии к глубокой стимуляции мозга» . Surg Neurol Int 01 июня 2013 г.; 4:75 . Проверено 7 апреля 2014 г.
- ^ Марк, Вернон (1970). Насилие и мозг . Нью-Йорк: Харпер и Роу.
- ^ Хистед, Миннесота; Бонин, В; Рид, RC. (2009). «Прямая активация редких, распределенных популяций корковых нейронов посредством электрической микростимуляции» . Нейрон . 63 (4): 508–522. дои : 10.1016/j.neuron.2009.07.016 . ПМЦ 2874753 . ПМИД 19709632 .
- ^ Аслихан Селимбейоглу; Йозеф Парвизи (30 мая 2010 г.). «Электрическая стимуляция человеческого мозга: феномены восприятия и поведения, о которых сообщается в старой и новой литературе» . Границы человеческой неврологии . 4 (46): 46. дои : 10.3389/fnhum.2010.00046 . ISSN 1662-5161 . ПМЦ 2889679 . ПМИД 20577584 .
- ^ Йозеф Парвизи; Корантен Жак; Бретт Л. Фостер; Натан Витофт; Винита Рангараджан; Кевин С. Вайнер; Каланит Гриль-Спектор (24 октября 2012 г.). «Электрическая стимуляция веретенообразных областей лица человека искажает восприятие лица» . Журнал неврологии . 32 (43): 14915–14920. doi : 10.1523/JNEUROSCI.2609-12.2012 . ISSN 1529-2401 . ПМК 3517886 . ПМИД 23100414 .