يكشف بحث جديد في التخنيون عن آلية للتحكم الدقيق والفردي في نشاط الدماغ باستخدام الموجات فوق الصوتية

يعد التحفيز الاصطناعي للدماغ، بوسائل دقيقة وغير جراحية، أحد الأهداف الرئيسية في أبحاث الدماغ وعلاجه. وهذا هو سبب الحماس المتزايد في المجتمع العلمي لأحدث النجاحات في هذا المجال، ومن أهمها تنشيط الخلايا العصبية باستخدام الموجات فوق الصوتية.

يعد التحفيز الاصطناعي للدماغ، بوسائل دقيقة وغير جراحية، أحد الأهداف الرئيسية في أبحاث الدماغ وعلاجه. وهذا هو سبب الحماس المتزايد في المجتمع العلمي لأحدث النجاحات في هذا المجال، ومن أهمها تنشيط الخلايا العصبية باستخدام الموجات فوق الصوتية (التعديل العصبي). قد يكمل هذا النهج، بل ويحل محل علاجات الدماغ الحالية، والتي تتطلب الإدخال الجراحي للأقطاب الكهربائية عبر الجمجمة، وبالتالي تنطوي على مخاطر. إن القدرة على التأثير على الخلايا العصبية باستخدام الموجات فوق الصوتية معروفة منذ سنوات عديدة، ولكن في السنوات الأخيرة حدثت تطورات مثيرة في هذه القدرة، ومؤخرًا تم إثبات القدرة على خلق أحاسيس اصطناعية (وهمية) في الأشخاص عن طريق التحفيز المباشر للدماغ. ومع ذلك، نظرًا لأن هذه الأنظمة والظواهر معقدة للغاية، فلا يزال هناك الكثير مما هو مخفي فوق المرئي، خاصة فيما يتعلق بالآليات التي تمكن من تنشيط وتعطيل الشبكات العصبية.

وهناك خط جديد في هذا الصدد يأتي من التخنيون وكلية الهندسة الطبية الحيوية ومعهد راسل بيري لتقنية النانو. قد تؤدي دراسة أجراها الأستاذان شاي شيم وإيتان كيميل وطالب الدكتوراه مايكل فلكسين إلى تحسين قدرتنا على فهم وتطبيق الظواهر المتعلقة بالتأثير على الدماغ (التعديل العصبي) باستخدام شعاع مركز من الموجات فوق الصوتية. وفي الدراسة، التي نشرت في العدد الجديد من مجلة eNeuro، تم اقتراح إطار نظري جديد يشرح مجموعة كبيرة ومتنوعة من النتائج التجريبية في هذا المجال.
ومن المثير للدهشة، من الدراسة المذكورة أعلاه، أن طريقة تنشيط الموجات فوق الصوتية تؤثر بشكل كبير على التفاعل بين الموجة والخلية العصبية، ونتيجة لذلك، فإن أنماط معينة من الموجات فوق الصوتية ستؤثر على أنواع مختلفة من الخلايا العصبية بشكل مختلف. تتيح الوسائل المستخدمة في هذه الدراسة التنبؤ بالظواهر المعقدة التي يتم الحصول عليها في الشبكات العصبية في الدماغ، والتي تتكون من أنواع مختلفة من الخلايا العصبية.

قامت مجموعة البحث بتطوير نموذج NICE - وهو نموذج فيزيائي حيوي يشرح تأثير الموجات فوق الصوتية على الدماغ. عندما تضرب الموجات فوق الصوتية الخلية، يبدأ غشاء الخلية بالاهتزاز، وهو اهتزاز يؤدي إلى شحن الغشاء بشحنة كهربائية. كلما طالت مدة الاهتزاز، كلما تراكمت المزيد من الشحنات في الغشاء، مما يؤدي إلى الإثارة الكهربائية (تنشيط) الخلايا العصبية. تُظهر المجموعة الآن أنه عندما يتم تنشيط الموجات فوق الصوتية في نبضات قصيرة، سيحدث إثارة انتقائية للخلايا من النوع الذي يمنع نشاط الشبكة. النتيجة: شلل النشاط في الشبكة العصبية. وهذا هو التفسير الأول لهذه الظاهرة، والتي تم رصدها تجريبيا مؤخرا من قبل الباحثين في جامعة هارفارد.

وفقا للبروفيسور شوهام، "حتى الآن، تم العثور على تطابق جيد للغاية بين التنبؤ بنموذج NICE ونتائج التجارب في هذا المجال، لذلك هناك خبران مهمان هنا: مزيد من التأكيد على القوة التنبؤية لـ NICE". النظرية الرائدة في هذا المجال، وفتح قدرة جديدة على هندسة أنماط الموجات فوق الصوتية التي من شأنها تنشيط مجموعات مختلفة من الخلايا العصبية بشكل فردي - التنشيط الذي لم يكن ممكنًا حتى الآن إلا من خلال وسائل غازية للغاية.

قد يؤدي البحث الجديد إلى اختراقات كبيرة في مجال العلاج الطبي غير الجراحي للأمراض العصبية. يقول البروفيسور شوهام: «إلى حد كبير، لا يزال الدماغ صندوقًا مغلقًا، ومن الممكن أن تكون الموجات فوق الصوتية مفتاحًا لهذا الصندوق. الآن، على سبيل المثال، كجزء من التعاون مع Insightek والبروفيسور إيتامار كاهان من كلية الطب في رابابورت، وباستخدام تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي، نقوم لأول مرة في التخنيون باختبار تأثير الموجات فوق الصوتية على نشاط الدماغ، حتى نتمكن من ويمكن مراقبته دون الحاجة إلى أقطاب كهربائية وغيرها من الوسائل الغازية."

• للحصول على المقال كاملا
• للحصول على نظرة عامة على المجال