Имплантируемый сенсор для изучения биохимии мозга
В течение последнего десятилетия врачи активно использовали метод глубокой стимуляции мозга для лечения неврологических заболеваний. К настоящему времени такую процедуру прошли десятки тысяч пациентов с паркинсонизмом, нарушениями мышечного тонуса и тяжелыми обсессивно-компульсивными расстройствами. На различных стадиях испытаний находится использование этого метода для лечения эпилепсии, депрессии, анорексии и других заболеваний.
Процедура глубокой стимуляции заключается в имплантации в мозг пациента небольшого электрода. Во время операции пациент находится в сознании, что позволяет хирургу подобрать положение электрода и параметры электрических импульсов, обеспечивающие оптимальный уровень подавления симптомов. В случае болезни Паркинсона, например, выраженность судорожных подергиваний мышц часто заметно снижается практически моментально. Однако, несмотря на успехи лечения, специалистам практически ничего не известно о том, как электрические импульсы влияют на биохимические процессы в мозге, в том числе – как при этом изменяется передача химических сигналов между нейронами.
Детально изучить механизмы, обеспечивающие эффект этой процедуры, а также, возможно, повысить ее эффективность поможет разработанный учеными клиники Майо (Рочестер, штат Миннесота) имплантируемый сенсор, предназначенный для регистрации нейромедиаторов, выделяемых синапсами. В настоящее время новый сенсор проходит испытания на животных.
Устройство представляет собой сенсорный электрод, имплантируемый в ткань мозга вместе со стимулирующим электродом, микропроцессором, обеспечивающим пересылку данных в компьютер модулем «Bluetooth» и источником питания. Эта система позволяет без использования проводов в реальном времени регистрировать изменения уровней допамина и серотонина.
Для регистрации нейромедиаторов исследователи подают на электрод низкое напряжение, что вызывает окисление находящихся в непосредственной близости от него молекул допамина. Сила тока, возникающего при этом в электроде, прямо пропорциональна концентрации нейромедиаторов.
Предварительные результаты, полученные при испытании системы на свиньях, показали, что глубокая стимуляция участка мозга, прицельное воздействие на который используется при лечении болезни Паркинсона, запускает высвобождение допамина. Ученые планируют повторить эксперименты на животных, имеющих симптомы заболевания. Например, сенсор позволит определить, существует ли взаимосвязь между изменениями уровня допамина и ухудшениями или улучшениями проявлений болезни Паркинсона.
Результаты предварительных испытаний указывают также на то, что новый сенсор можно использовать для регистрации уровня серотонина – нейромедиатора, вовлеченного в развитие депрессии. (Ряд антидепрессантов, в том числе Прозак (Prozac), являются ингибиторами повторного захвата серотонина.)
Разработчики уже получили разрешение и запланировали на следующий месяц тестирование своей системы на пациенте. Для начала работу сенсора проверят только во время операции, оценивая с ее помощью изменения уровня высвобождаемого допамина при изменении положения электрода в ткани мозга. Конечной целью работы является внедрение сенсора в систему для глубокой стимуляции мозга. В настоящее время исследователи работают над созданием электродов, способных функционировать в течение продолжительного времени, и уменьшением размеров устройства.
В будущем они планируют создать на основе своего изобретения систему с обратной связью, способную изменять интенсивность стимулирующего воздействия в зависимости от регистрируемых изменений уровней нейромедиаторов. Этот принцип лежит в основе работы водителей сердечного ритма, которые стимулируют миокард только в случае регистрируемых ими возникновения аномалий в его работе. Однако авторы отмечают, что регистрация изменений активности нейронов является гораздо более сложной задачей.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам TechnologyReview: Implanted Sensor Could Provide Clues to Brain Chemistry.
18.02.2010