Adaptabilitatea creierului uman la schimbările interne şi externe, cunoscută sub numele de plasticitate neuronală, constituie fundamentul pentru înţelegerea funcţiilor cognitive, cum ar fi memoria şi învăţarea, precum şi a diferitelor tulburări neurologice. Noile cercetări avansează o tehnică nouă care ar putea transforma peisajul de tratament pentru tulburările cerebrale.
O echipă coreeană de la Centrul pentru cogniţie şi socialitate din cadrul Institutului pentru Ştiinţe Fundamentale (IBS) a dezvoltat o metodă de stimulare cerebrală non-invazivă numită Ultrasunete de joasă intensitate cu frecvenţă joasă (LILFUS), care deţine un potenţial extraordinar pentru a induce modificări de lungă durată în funcţia cerebrală, spun cercetătorii.
Cercetarea lor a fost publicată vineri în revista Science Advances.
În mod tradiţional, metodele de stimulare cerebrală magnetică şi electrică au fost utilizate pentru a modula funcţia cerebrală.
Însă, aceste metode vin cu limitări inerente care le restrâng rezoluţia spaţială şi adâncimea de penetrare, ceea ce face dificilă stimularea precisă a unor regiuni specifice ale creierului cu o eficacitate optimă.
Metodele mai invazive, cum ar fi cele care necesită proceduri chirurgicale, prezintă un control superior şi efecte terapeutice pentru stimularea cerebrală profundă specifică, dar vin cu riscuri precum leziuni ale ţesutului, inflamaţii şi infecţii.
Aceste limitări au alimentat căutarea unor abordări alternative care pot depăşi aceste constrângeri şi pot oferi o modulare mai eficientă şi mai precisă a funcţiei cerebrale.
În cel mai recent studiu dezvăluit de IBS, cercetătorii sud-coreeni au folosit ultrasunete pentru a permite stimularea precisă a unor zone specifice ale creierului.
Spre deosebire de undele electromagnetice, ultrasunetele au avantajul de a putea pătrunde adânc în ţesuturile cerebrale.
Cercetătorii au descoperit că stimularea cu ultrasunete poate modula plasticitatea neuronală - capacitatea creierului de a se reconfigura - prin activarea unor căi moleculare cheie.
Mai exact, studiul a identificat efectul ultrasunetelor asupra canalelor de calciu mecanosensibile din astrocite, care controlează capacitatea celulelor de a absorbi calciu şi de a elibera neurotransmiţători.
În acest experiment, au fost utilizate protocoale cu ultrasunete care cuprind două modele distincte de stimulare prin combinarea ultrasunetelor de intensitate joasă de frecvenţă joasă (LILF) de 30 Hz şi 5 Hz.
Primul model, cunoscut sub numele de TBUS intermitent, a prezentat o stimulare intermitentă cu 2 secunde de stimulare urmată de 8 secunde de odihnă.
Al doilea model, denumit TBUS continuu, a implicat 40 de secunde de stimulare neîntreruptă.
Pe toată durata stimulării, undele cerebrale au fost monitorizate prin analiza cuplării fază-amplitudine între undele theta şi gamma, care sunt două tipuri primare de unde cerebrale.
LILFUS a fost conceput pe baza unor parametri specifici de ultrasunete care imită modelele de unde cerebrale ale oscilaţiilor theta (5 Hz) şi gamma (30 Hz) observate în timpul proceselor de învăţare şi de memorie.
Noul instrument le-a permis cercetătorilor să activeze sau să dezactiveze anumite regiuni ale creierului în mod voluntar - s-a constatat că furnizarea intermitentă a ultrasunetelor a indus efecte de potenţare pe termen lung, în timp ce modelele continue au dus la efecte de depresie pe termen lung.
Unul dintre cele mai promiţătoare aspecte ale acestei noi tehnologii este capacitatea sa de a facilita dobândirea de noi abilităţi motorii.
Atunci când cercetătorii au livrat stimularea cu ultrasunete în cortexul motor cerebral la şoareci, au observat îmbunătăţiri semnificative în ceea ce priveşte învăţarea abilităţilor motorii şi capacitatea de a recupera hrana.
Interesant este că cercetătorii au reuşit chiar să schimbe preferinţa membrelor anterioare ale şoarecilor. Acest lucru sugerează aplicaţii potenţiale în terapiile de reabilitare pentru supravieţuitorii unui AVC (accident vascular cerebral) şi la persoanele cu deficienţe motorii.
Implicaţiile acestei cercetări se extind mult dincolo de funcţia motorie.
Tehnica poate fi utilizată pentru a trata afecţiuni precum depresia, în care excitabilitatea şi plasticitatea cerebrală alterată sunt caracteristici proeminente.
Cu o explorare ulterioară, LILFUS ar putea fi adaptat pentru diverse protocoale de stimulare a creierului, oferind speranţă pentru diverse afecţiuni, de la deficienţe senzoriale la tulburări cognitive.
Acest studiu nu numai că a dezvoltat o tehnologie nouă şi sigură de reglare neuronală cu efecte de lungă durată, dar a descoperit, de asemenea, modificările mecanismelor moleculare implicate în reglarea neuronală prin ultrasunete cu unda cerebrală", a declarat dr. Park Joo Min de la Centrul pentru Cogniţie şi Socialitate din cadrul Institutului pentru Ştiinţe Fundamentale (IBS).
Cercetătorii intenţionează acum să continue studiile de urmărire pentru a aplica această tehnologie în cazul tratamentului tulburărilor cerebrale legate de excitaţia şi inhibiţia anormală a creierului şi pentru îmbunătăţirea funcţiilor cognitive.
