Νέα τεχνική υπερήχων για ταυτόχρονη διέγερση πολλαπλών περιοχών του εγκεφάλου

Για πρώτη φορά, μια νέα τεχνική υπερήχων επιτρέπει στους ερευνητές να διεγείρουν ταυτόχρονα πολλές περιοχές του εγκεφάλου. Αυτή η καινοτομία ανοίγει νέες προοπτικές για την αντιμετώπιση σοβαρών εγκεφαλικών παθήσεων όπως η νόσος Αλτσχάιμερ, η νόσος Πάρκινσον και η κατάθλιψη στο μέλλον.

Η τεχνολογία υπερήχων είναι γνωστή κυρίως από τις υπερηχογραφικές εξετάσεις κατά την εγκυμοσύνη, αλλά έχει πολλές άλλες εφαρμογές. Οι φυσιοθεραπευτές χρησιμοποιούν εδώ και καιρό τους υπερήχους για να θερμαίνουν ιστούς του σώματος, ενώ οι ογκολογικοί χειρουργοί εκμεταλλεύονται τη δυνατότητα των υψηλής έντασης υπερήχων να καταστρέφουν όγκους.

Έρευνα και εφαρμογές της νευροτροποποίησης

Τα τελευταία δέκα χρόνια, οι επιστήμονες έχουν εστιάσει την προσοχή τους στο πώς οι χαμηλής έντασης υπέρηχοι μπορούν να επηρεάσουν στοχευμένα τη νευρική δραστηριότητα στον εγκέφαλο. Οι αρχικές κλινικές δοκιμές προσπαθούν ήδη να επιβεβαιώσουν αν αυτή η “νευροτροποποίηση” μπορεί να ανακουφίσει τα συμπτώματα της νόσου Αλτσχάιμερ ή της επιληψίας, καθώς και να μειώσει τους τρέμουλους σε ασθενείς με τρόμο.

Ερευνητές από το ETH Zurich, το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης και το Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης έχουν καταφέρει να βελτιώσουν την τεχνική της υπερηχητικής διέγερσης στον εγκέφαλο. Ανέπτυξαν μια συσκευή που, για πρώτη φορά, επιτρέπει τη διέγερση τριών έως πέντε ακριβώς καθορισμένων σημείων στον εγκέφαλο ταυτόχρονα, όπως αποδεικνύεται στη μελέτη τους. Μέχρι τώρα, κάτι τέτοιο ήταν εφικτό μόνο σε περιορισμένο βαθμό και με πολύ λιγότερη ακρίβεια.

Μη επεμβατική μέθοδος και πλεονεκτήματα

Δεδομένου ότι ο εγκέφαλος λειτουργεί σε δίκτυα, είναι πιο εύκολο να ενεργοποιηθεί ή να ανασταλεί ένα δίκτυο του εγκεφάλου αν το διεγείρουμε σε πολλαπλά σημεία ταυτόχρονα. Στη μέθοδο αυτή, η νευροτροποποίηση πραγματοποιείται μέσω του κρανίου, τοποθετώντας τη συσκευή στην κορυφή του κεφαλιού. Πρόκειται για μια μη επεμβατική τεχνική, που σημαίνει ότι δεν απαιτείται κρανιοτομία ή οποιαδήποτε άλλη χειρουργική παρέμβαση.

Οι ερευνητές πραγματοποίησαν νευροτροποποίηση σε ποντίκια στο εργαστήριο. Για αυτό, τοποθέτησαν το κεφάλι του ποντικιού στο κέντρο μιας καλύβας εξοπλισμένης με αρκετές εκατοντάδες μετατροπείς υπερήχων που ανέπτυξαν οι ίδιοι. Με τη βοήθεια εξελιγμένης ηλεκτρονικής διέγερσης, αυτοί οι μετατροπείς παράγουν σύντομες παλμικές υπερήχους με τέτοιο τρόπο ώστε οι υπερηχητικές κυματισμοί να παρεμβαίνουν μεταξύ τους μέσα στον εγκέφαλο. Η αρχή είναι παρόμοια με αυτή ενός ολογράμματος, μιας φαινομενικά τρισδιάστατης εικόνας που παράγεται από την αλληλεπίδραση μεταξύ κυμάτων φωτός.

Με την ταυτόχρονη τροποποίηση των εγκεφαλικών δικτύων σε πολλές θέσεις, οι ερευνητές μπορούν να εργάζονται με χαμηλότερη ένταση υπερήχων σε σύγκριση με τις διεγέρσεις σε μεμονωμένα σημεία. “Όσο λιγότερη είναι η ένταση των υπερήχων, τόσο ασφαλέστερη είναι αυτή η διαδικασία για τον εγκέφαλο,” εξηγεί ο Razansky. Προηγούμενες προσεγγίσεις στη νευροτροποποίηση με υπερήχους συχνά υπέφεραν από το φαινόμενο του “όλα ή τίποτα”: αν οι υπέρηχοι ήταν πολύ αδύναμοι, δεν είχαν καμία επίδραση, ενώ μια υπερβολικά υψηλή ένταση οδηγούσε σε ανεξέλεγκτη διέγερση του συνόλου του εγκεφάλου, γεγονός που ενείχε κίνδυνο εγκεφαλικής βλάβης.

Η νέα μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την ενεργοποίηση των εγκεφαλικών δικτύων αλλά και για την ταυτόχρονη απεικόνιση αυτής της ενεργοποίησης, έτσι ώστε οι ερευνητές να μπορούν να δουν άμεσα ποια δίκτυα έχουν ενεργοποιηθεί.