Potențialul ultrasunetelor de a trata unele dintre afecțiunile cele mai complexe care afectează creierul uman

Tulburările cerebrale psihiatrice, neurologice și de dezvoltare sunt mediate de modificări în structura și funcția circuitelor cerebrale, având un impact semnificativ asupra societății și economiei, afectând una din patru persoane la nivel global. Metodele actuale de identificare și cartografiere a anomaliilor structurale ale circuitelor cerebrale există, dar cartografierea anomaliilor funcționale este mult mai complexă. În plus, intervențiile cerebrale precise actuale implică implanturi foarte invazive sau leziuni focale care nu sunt accesibile pe scară largă. Studiul publicat în jurnalul PLOS Biology propune tehnologia de neuromodulare noninvazivă și reversibilă cu rezoluție spațială înaltă pentru abordarea acestor deficiențe.

Progrese majore și limitări

În ultimele decenii, s-au realizat progrese majore în identificarea și cartografierea anomaliilor micro- și macrostructurale în creier, în special în contextul tulburărilor neurologice. Imagistica prin rezonanță magnetică (MRI), de exemplu, permite vizualizarea clară a anatomiei neuronale la o rezoluție de aproximativ un milimetru cub. Utilizarea învățării automate și măsurătorilor cantitative de înaltă rezoluție ale creierului permit predicția timpurie și planificarea tratamentului pentru condiții precum boala Parkinson sau tremorul esențial.

Stimularea transcraniană cu ultrasunete (STU)

O alternativă promițătoare noninvazivă care vizează depășirea acestor limitări este ecografia transcraniană focalizată (STU), care creează câmpuri ultrasonice foarte focalizate prin craniu în creier, modificând regiunile neurale receptive la energia acustică. Demonstrând că STU poate induce în siguranță schimbări ale activității neuronale în creier cu o rezoluție spațială înaltă, STU a devenit una dintre tehnologiile de neuromodulare de precizie cele mai promițătoare și potențial revoluționare ale ultimului deceniu.

Mecanisme, efecte și rezoluție ale STU

Mecanismele de neuromodulare cu ultrasunete focalizate de intensitate scăzută sunt investigate activ la niveluri moleculare, celulare și sistemice. Deși există încă dezbateri active cu privire la efectul biofizic STU care conduce la neuromodulare, legătura fundamentală între deplasarea fizică, temperatura și activitatea neuronală este bine înțeleasă. STU induce deplasarea mecanică a membranelor celulare fie prin compresia ciclică cu fiecare val care trece, fie prin distorsiunea netă cumulativă.

Traducerea STU în clinică

Dat fiind potențialul STU de a identifica regiuni cauzale în comportamentele patologice și excelentele sale rapoarte de siguranță, este crucial să înțelegem dacă STU poate avea un impact comportamental clinic semnificativ. Aceste impacturi depind nu doar de magnitudine, ci și de durata efectelor. Deși traducerea clinică a cercetării STU este încă în stadiile incipiente, mai multe studii promițătoare în diverse condiții sugerează că STU specific pentru țintă poate rezulta în ameliorarea simptomelor.

Provocări în neuromodularea STU

STU câștigă rapid teren în cercetare și utilizare clinică datorită portabilității și versatilității sale. Cu toate acestea, provocările trebuie abordate pentru o implementare reușită. Comune tuturor tehnologiilor de neuromodulare este provocarea de a găsi cele mai eficiente parametri de stimulare.

Spre viitorul STU

În timp ce primele aplicații terapeutice STU pot fi strict reglementate în setări clinice, cazuri de utilizare mai complexe vor evolua probabil în timp. Traiectoria acestor dezvoltări depinde în mare măsură de succesul incremental al indicațiilor aprobate inițial. Tratamentul tremorului esențial a fost un obiectiv major al DBS, al doilea cel mai mare cohort de pacienți după boala Parkinson, datorită reducerilor ușor cuantificabile ale tremururilor mâinilor și țintelor cerebrale bine definite.

Concluzie

STU oferă o abordare versatilă atât pentru explorarea mecanismelor neuronale care stau la baza funcțiilor cognitive, cât și pentru furnizarea de intervenții terapeutice potențiale pentru diverse tulburări neurologice și psihiatrice. În ciuda provocărilor legate în principal de spațiul parametrilor și de dependența de stare, planul de drum pentru STU subliniază aplicațiile terapeutice inițiale în setări clinice, vizând în special tulburările cu citiri biologice bine definite, cu potențial de extindere către condiții psihiatrice și neurologice mai complexe. Așa cum progresează domeniul, considerațiile pentru îmbunătățirea cognitive în indivizi sănătoși apar, necesitând evaluări riguroase ale siguranței și eficacității alături de progrese în verificarea angajamentului țintei și fiabilitatea procedurală. Integrarea cu tehnologiile existente, cum ar fi interfețele creier-mașină, și explorarea moleculelor de întărire oferă căi pentru rafinarea intervențiilor STU și sporirea potențialului său de traducere clinică.

sursa: Science Daily
foto: University of Plymouth