Короткие импульсы продлили эффект глубокой стимуляции мозга при болезни Паркинсона

Spix et. al. / Science, 2021

Короткие импульсы тока по 200 миллисекунд способны продлить эффект традиционной глубокой стимуляции при болезни Паркинсона, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science. Такой эффект связан с избирательным воздействием на популяцию PV-нейронов бледного ядра — эти нейроны получают меньше тормозных сигналов, чем нейроны других популяций, и успевают возбудиться за короткое время. Мыши, получающие короткие импульсы, сохраняли подвижность в среднем в 4,5 раза дольше, чем при традиционной терапии.

При болезни Паркинсона и других расстройствах в мозге перестает хватать дофамина — нейромедиатора, который возбуждает нейроны структур мозга, которые отвечают за двигательную активность, систему вознаграждения и другие важные функции. Чтобы заставить эти нейроны работать, используют глубокую стимуляцию — искусственно активируют клетки базальных ганглиев при помощи вживленных в мозг электродов.

Такой подход показывает значительные улучшения при лечении болезни Паркинсона, однако требует постоянной стимуляции — без нее эффект быстро теряется. Постоянная стимуляция же повышает риск осложнений и быстро расходует заряд батареи электродов, из-за чего их нужно менять раз в несколько лет. Недавно биологи обнаружили, что возбуждение отдельной популяции нейронов в базальных ганглиях не только повышает эффективность стимуляции, но и продлевает ее эффект. Однако добиться такой избирательной стимуляции удалось лишь с использованием оптогенетических методов на мышах, которые на людях применять опасно.

Исследователи из Университета Карнеги — Меллона под руководством Терезы Спикс (Teresa A. Spix) исследовали разные популяции нейронов бледного шара — участка базальных ганглиев. Чтобы стимуляция работала эффективно, необходимо избирательно активировать тип нейронов, экспрессирующих ген парвальбумина (PV), и не активировать второй тип — экспрессирующие ген LIM-гомеобокса (Lhx6). Ученые записали активность обоих типов нейронов на тонких срезах мозга при стимуляции разными током разной частоты.

Нейроны отвечали почти одинаково — за исключением высоких частот, на которых Lhx6-нейроны получали больше тормозных сигналов, чем PV-нейроны. Из-за большого количества тормозных сигналов Lhx6-нейроны в первую секунду после импульса возбуждались хуже. Так биологи пришли к выводу, что ток стоит подавать короткими отрезками — чтобы успеть воздействовать на PV-нейроны, но не затронуть Lhx6.

Чтобы определить оптимальные параметры для глубокой стимуляции, биологи создали итеративную нейросеть. Модель обучалась на экспериментальных данных и определяла нелинейные взаимоотношения параметров (например, длительности и напряжения тока) с итоговым возбуждением нейронов разных типов. По предсказанию нейросети, самыми эффективными параметрами оказались 200 миллисекунд и 175 герц.

Эти значения протестировали на мышах с болезнью Паркинсона и сравнили с традиционной глубокой стимуляцией. Оба метода помогли мышам начать двигаться, однако после прекращения традиционной стимуляции мыши возвращались в неподвижное состояние. А вот при лечении короткими импульсами пять из восьми мышей продолжали двигаться еще 2.5 часа. В среднем эффект длился в 4,5 раза дольше, чем для традиционной терапии.

Глубокая стимуляция — не единственный подход к терапии болезни Паркинсона. Например, недавно биологи научились перепрограммировать глиальные клетки мозга в дофаминовые нейроны, чтобы восполнить их дефицит. Болезнь даже предлагают лечить назальным спреем — в нем содержится предшественник дофамина.

Анна Муравьева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.