У зв’язку з обмеженим вибором засобів фармакотерапії когнітивних порушень існує потреба в ефективних альтернативних методах. Шрей Гровер з колегами з Бостонського університету нещодавно опублікували огляд [1] робіт останнього десятиліття з розробки і клінічного впровадження нової технології лікування нейро-психіатричних розладів і покращення когнітивних функцій - транскраніальної електростимуляції мозку (ТЕСМ).

Технологія ґрунтується на десятиліттях фундаментальних досліджень, які встановили, що когнітивні функції реалізуються завдяки скоординованій комунікації розподілених нейронних мереж мозку в різних просторово-часових масштабах. Успішна координація залежить від тимчасової синхронізації між різними ритмами електричної активності мозку, яку можна спостерігати на електрофізіологічних записах, таких як електроенцефалографія, магнітоенцефалографія і електрокортикографія. Синхронізація є надзвичайно гнучкою та точною і лежить в основі цілеспрямованої діяльності та пізнання.

Мозок має багато протоколів синхронізації для внутрішньо- та міжрегіональної координації нейронних мереж. Одним з найбільш вивчених є міжчастотна фазно-амплітудна синхронізація (ФАС), яка виникає, коли амплітуда високочастотного ритму мозку, що характеризує локальні нейронні імпульси, синхронізується по фазі з низькочастотним ритмом, що відповідає за контроль збудливості нейронів.

Порушення синхронізації між функціонально пов’язаними ритмами мозку були задокументовані при різних нервово-психічних розладах. Шизофренія характеризується як «синдром роз’єднання» (disconnection syndrome), в основі якого лежать аномальні взаємодії між великомасштабними кортикальними мережами – недостатні або навпаки, надмірні зв’язки (гіперзв’язність) в стані спокою, яка не дає змоги мережам правильно синхронізуватися під час виконання когнітивних задач. Доведено, що когнітивні дефіцити пов'язані з порушенням міжчастотної ФАС. Дефект виконавчого контролю може виникнути, коли гамма-активність і фаза тета-ритму, які походять з латеральної префронтальної кори, не синхронізується з фазою тета-ритму над передньою поясною корою. Порушення робочої пам'яті супроводжуються порушенням зв'язку між тета- і гамма-ритмом в лобних ділянках. Неточна синхронізація знижує ефективність і підвищує метаболічні витрати мереж, що в кінцевому підсумку порушує робочу пам'ять. Дефекти міжрегіональної альфа-синхронізації спостерігаються під час робочої пам’яті при розладах спектру аутизму, хворобі Паркінсона. Атипове фазне блокування альфа-ритмів до гамма-ритмів пов'язане з порушенням робочої пам'яті, що супроводжує старіння.

 

Рисунок. Принцип нейромодуляції, спрямованої на відновлення синхронної взаємодії нейронних мереж мозку. Адаптовано за Shrey Grover, et al. [1]

(а) Асинхронна ритмічна активність мозку під час виконання когнітивного завдання. Ліворуч: синій і червоний сигнали відображають ритмічну активність віддалених ділянок кори. Слабка міжрегіональна фазна синхронізація проявляється як неузгоджені фази двох сигналів: червоний сигнал досягає свого піку в інші фази, ніж синій сигнал. Праворуч: слабка міжчастотна фазно-амплітудна синхронізація (ФAC): амплітуда високочастотного ритму слабко прив'язана до фази основного низькочастотного ритму.

(b) Відновлення синхронної ритмічної активності після транскраніальної електростимуляції мозку змінним струмом. Ліворуч: відновлення міжрегіональної фазної синхронізації двох ритмів. Праворуч: посилення ФАС в ділянці впливу, що призводить до повної фазової прив’язки високочастотної активності до низькочастотного ритму.

 

Описані варіанти електричної асинхронії мозку можуть бути мішенями для неінвазивної електричної нейромодуляції. ТЕСМ полягає в прикладанні низькоінтенсивних синусоїдних електричних струмів до шкіри скальпу для модуляції активності підлеглої ділянки кори головного мозку. Групи нейронів в цільовій ділянці змушують працювати з частотою прикладеного струму. Приклавши відповідний електричний імпульс у потрібний проміжок часу, тимчасовий водій ритму синхронізує ділянку впливу з функціонально пов’язаною ділянкою. Наразі технологія проходить стадію вдосконалення, але сучасна апаратура вже дає досить високу роздільну здатність і дозволяє проводити стимуляцію точно визначених ділянок струмами точно визначеної амплітуди та частоти.  Побічні ефекти ТЕСМ мінімальні і зводяться до відчуття свербіння, поколювання або тепла впродовж кількох секунд в початковій і кінцевій фазах електростимуляції. Комп’ютерне моделювання показує, що стимуляція на частотах, близьких до фізіологічної активності мозку, підсилює синаптичну пластичність, тому ефекти ТЕСМ тривають після процедури.

Протягом останнього десятиліття проведено чимало досліджень з використанням ТЕСМ для модуляції ритмічної мозкової активності та поведінки у людей. Синхронізація ритмів мозку може бути особливо корисною для осіб з порушеннями робочої пам’яті. Наприклад, Reinhart та Nguyen [2] досліджували моделі синхронізації, що лежать в основі дефіциту робочої пам'яті у літніх людей. Порівняно з молодими, літні люди демонстрували нижчу продуктивність робочої пам’яті, пов’язану з порушенням тета-гамма ФАС у скроневій корі. Крім того, локальні дефіцити ФAC у скроневій корі виникали через зниження синхронізації тета-фази між лобно-скроневими ділянками. Використовуючи ТЕСМ високої роздільної здатності, автори синхронізували активність у лобно-скроневих ділянках на внутрішній тета-частоті лобно-скроневої мережі, що визначали індивідуально для кожного учасника. В результаті фазна синхронізація покращила робочу пам’ять у літніх людей та у молодих людей із нижчими вихідними показниками.

Незважаючи на обнадійливі результати експериментів зі здоровими людьми, слід зазначити, що дослідження ТЕСМ в клінічних популяціях ще не проводилися. В той час як різні розлади характеризуються гіпо- або гіперзв’язністю, ТЕСМ дозволяє двонаправлено маніпулювати міжрегіональними зв’язками, що закладає терапевтичний потенціал при широкому спектрі клінічних розладів. Крім того, підпорогова нейрональна модуляція під час ТЕСМ зводить до мінімуму будь-який ризик значного дискомфорту та побічних ефектів, таких як судоми. Безпечність методики доповнюється її портативністю, економічною ефективністю та простотою керування. Ці переваги роблять нейромодуляцію на основі ТЕСМ особливо перспективною для вивчення в клінічних дослідженнях.

 

Завітайте на наш спеціальний проект, який регулярно оновлюється цікавою інформацією та розкриває дану тему: Когнітивнні порушення та деменція 

 

Джерела:

1. Shrey Grover, John A Nguyen, Robert M G Reinhart. Synchronizing Brain Rhythms to Improve Cognition. Annu Rev Med. 2021 Jan 27;72:29-43. doi: 10.1146/annurev-med-060619-022857. Epub 2020 Oct 9. Доступ за посиланням (29.12.2021):
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33035432/

2.Reinhart RMG, Nguyen JA. 2019. Working memory revived in older adults by synchronizing rhythmic brain circuits. Nat. Neurosci. 22(5):820–27 Доступ за посиланням (29.12.2021):
https://www.nature.com/articles/s41593-019-0371-x  

Дана інформація є узагальненою та не може використовуватись для лікування.

Дана інформація публікується за сприяння ТОВ «Др. Редді‘с Лабораторіз». За додатковою інформацією звертайтесь за адресою: ТОВ «Др. Редді'с Лабораторіз» Столичне шосе, 103, оф. 11-А, м. Київ, Україна, 03131, тел. +380444923173

7COG-05-07-2023-Rx2-9.4