Исследователи разработали метод измерения того, как мозг реагирует на электрическую стимуляцию, и используют реакцию для максимизации эффективности глубокой стимуляции мозга (DBS) – терапии, которая успешно использовалась для лечения поздних стадий болезни Паркинсона. Исследование, опубликованное в PLOS Computational Biology, предлагает индивидуальный подход к настройке параметров пациента, который может значительно повысить эффективность глубокой стимуляции мозга.
При глубокой стимуляции мозга используется электрод, помещенный глубоко в мозг, для электрической стимуляции при лечении таких заболеваний, как болезнь Паркинсона. При болезни Паркинсона предполагается, но все еще спорная, что электрическая стимуляция подавляет патологические нервные колебания, называемые бета-ритмами.
Амплитуду и частоту глубокой стимуляции головного мозга должен устанавливать врач, который обычно наблюдает за симптомами и побочными эффектами пациента, чтобы выбрать параметры. Установка параметров стимуляции – это трудоемкий и трудоемкий процесс, который не гарантирует, что настройки оптимальны для пациентов, что может привести к стимуляции, требующей больше энергии или побочных эффектов, чем необходимо.
Современные устройства для глубокой стимуляции мозга обеспечивают стимуляцию, как метроном, полностью игнорируя нейронную активность пациента. Medtronic и другие производители медицинских устройств разрабатывают новые устройства, которые могут обеспечивать как стимуляцию, так и мониторинг нейронной активности, что может облегчить настройку параметров и даже доставку стимуляции, запускаемой нейронной активностью.
Холт и др. Из Университета Миннесоты с сотрудниками из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре демонстрируют свой подход на вычислительной модели мозга. Они предполагают, что запуск стимуляции в определенной фазе нервных колебаний может быть более эффективным для подавления патологической активности, чем периодическая стимуляция. Кроме того, применение импульсов стимуляции на выбранных фазах колебаний может быть даже более эффективным, чем одиночный импульс.
Применяя стимуляцию и измеряя, как каждый импульс сдвигает колебания, они могут генерировать показатель реакции мозга, называемый «кривой фазового отклика». Эта кривая позволяет им предсказать, как колебания будут реагировать на любой образец стимула (в разумных пределах). Авторы, используя подходы теории управления, затем смогли использовать кривую фазовой характеристики, чтобы затем разработать шаблоны стимулов, оптимизированные для подавления колебаний.
В этом исследовании они измерили кривые фазовой характеристики на основе компьютерного моделирования активности мозга, предсказали, какие модели стимулов подавят нейронные колебания, а затем продемонстрировали, что модели стимуляции, предсказанные для подавления колебаний, на самом деле были эффективными.
Таким образом, этот метод обеспечивает индивидуальный подход к настройке параметров пациента, который может значительно повысить эффективность глубокой стимуляции мозга. В будущем они планируют протестировать это на животных моделях болезни Паркинсона и перенести его на людей.