Η προσαρμοστικότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου σε εσωτερικές και εξωτερικές αλλαγές, γνωστή ως νευρική πλαστικότητα, αποτελεί τη βάση για την κατανόηση γνωστικών λειτουργιών όπως η μνήμη και η μάθηση, καθώς και διάφορες νευρολογικές διαταραχές. Νέα έρευνα που διεξήχθη από μια ομάδα με επικεφαλής τον Δρ. Park Joo Min του Κέντρου Γνωστικής και Κοινωνικότητας του Ινστιτούτου Βασικής Επιστήμης (IBS) αποκαλύπτει μια νέα τεχνική που θα μπορούσε να μεταμορφώσει το τοπίο θεραπείας για εγκεφαλικές διαταραχές. Η εργασία έχει δημοσιευθεί στο Science Advances.
Η ομάδα ανέπτυξε μια μη επεμβατική μέθοδο διέγερσης του εγκεφάλου που ονομάζεται Υπερηχογράφημα χαμηλής έντασης με μοτίβο χαμηλής συχνότητας (LILFUS), η οποία έχει τεράστιες δυνατότητες πρόκλησης μακροχρόνιων αλλαγών στη λειτουργία του εγκεφάλου. Παραδοσιακά, μέθοδοι μαγνητικής και ηλεκτρικής διέγερσης του εγκεφάλου έχουν χρησιμοποιηθεί για τη ρύθμιση της εγκεφαλικής λειτουργίας. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι συνοδεύονται από εγγενείς περιορισμούς που περιορίζουν τη χωρική τους ανάλυση και το βάθος διείσδυσης, καθιστώντας δύσκολη την ακριβή διέγερση συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου με βέλτιστη αποτελεσματικότητα.
Πιο επεμβατικές μέθοδοι, όπως αυτές που απαιτούν χειρουργικές επεμβάσεις, παρουσιάζουν ανώτερο έλεγχο και θεραπευτικά αποτελέσματα για συγκεκριμένη εν τω βάθει διέγερση του εγκεφάλου, αλλά ενέχουν κινδύνους όπως βλάβη ιστού, φλεγμονή και μόλυνση. Αυτοί οι περιορισμοί έχουν τροφοδοτήσει την αναζήτηση εναλλακτικών προσεγγίσεων που μπορούν να ξεπεράσουν αυτούς τους περιορισμούς και να παρέχουν πιο αποτελεσματική και ακριβή ρύθμιση της λειτουργίας του εγκεφάλου. Στην τελευταία μελέτη που αποκαλύφθηκε από το IBS, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υπερήχους για να επιτρέψουν την ακριβή διέγερση συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου.
Σε αντίθεση με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ο υπέρηχος έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να διεισδύσει βαθιά στους ιστούς του εγκεφάλου. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η διέγερση με υπερήχους μπορεί να ρυθμίσει τη νευρική πλαστικότητα -την ικανότητα του εγκεφάλου να επανασυνδεθεί- μέσω της ενεργοποίησης βασικών μοριακών οδών. Συγκεκριμένα, η μελέτη εντόπισε την επίδραση του υπερήχου στα μηχανοευαίσθητα κανάλια ασβεστίου στα αστροκύτταρα, τα οποία ελέγχει την ικανότητα των κυττάρων να προσλαμβάνουν ασβέστιο και να απελευθερώνουν νευροδιαβιβαστές.
Το LILFUS σχεδιάστηκε με βάση συγκεκριμένες παραμέτρους υπερήχων που μιμούνται τα μοτίβα των εγκεφαλικών κυμάτων των ταλαντώσεων θήτα (5 Hz) και γάμμα (30 Hz) που παρατηρούνται κατά τη διάρκεια των διαδικασιών μάθησης και μνήμης. Το νέο εργαλείο επέτρεψε στους ερευνητές είτε να ενεργοποιήσουν είτε να απενεργοποιήσουν συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου κατά βούληση – η διακοπτόμενη χορήγηση του υπερήχου βρέθηκε ότι προκαλεί μακροπρόθεσμα αποτελέσματα ενίσχυσης, ενώ τα συνεχή μοτίβα είχαν ως αποτέλεσμα μακροπρόθεσμα αποτελέσματα κατάθλιψης.
Μία από τις πιο υποσχόμενες πτυχές αυτής της νέας τεχνολογίας είναι η ικανότητά της να διευκολύνει την απόκτηση νέων κινητικών δεξιοτήτων. Όταν οι ερευνητές παρείχαν διέγερση με υπερήχους στον εγκεφαλικό κινητικό φλοιό σε ποντίκια, παρατήρησαν σημαντικές βελτιώσεις στην εκμάθηση των κινητικών δεξιοτήτων και στην ικανότητα ανάκτησης τροφής. Είναι ενδιαφέρον ότι οι ερευνητές μπόρεσαν ακόμη και να αλλάξουν την προτίμηση των μπροστινών άκρων των ποντικών. Αυτό υποδηλώνει πιθανές εφαρμογές σε θεραπείες αποκατάστασης για επιζώντες από εγκεφαλικό επεισόδιο και άτομα με κινητικές αναπηρίες.
Οι επιπτώσεις αυτής της έρευνας εκτείνονται πολύ πέρα από την κινητική λειτουργία. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία καταστάσεων όπως η κατάθλιψη, όπου η αλλοιωμένη διεγερσιμότητα και η πλαστικότητα του εγκεφάλου είναι εξέχοντα χαρακτηριστικά. Με περαιτέρω εξερεύνηση, το LILFUS θα μπορούσε να προσαρμοστεί για διάφορα πρωτόκολλα διέγερσης του εγκεφάλου, προσφέροντας ελπίδα για διάφορες καταστάσεις που κυμαίνονται από αισθητηριακές βλάβες έως γνωστικές διαταραχές.