Elektrická stimulace mozku - Electrical brain stimulation

Chronický implantát subkortikální elektrody u laboratorní krysy používaný k dodávání elektrické stimulace do mozku.

Elektrická stimulace mozku (EBS), označovaný také jako fokální mozková stimulace (FBS), je forma elektroterapie a technika použitá v výzkum a klinický neurobiologie na stimulovat A neuron nebo nervová síť v mozek prostřednictvím přímého nebo nepřímého buzení jeho buněčná membrána pomocí elektrický proud. Používá se pro výzkum nebo pro terapeutický účely.

Dějiny

Elektrická stimulace mozku byla poprvé použita v první polovině 19. století průkopnickými vědci jako např Luigi Rolando^{[Citace je zapotřebí ]}(1773–1831) a Pierre Flourens^{[Citace je zapotřebí ]}(1794–1867), studovat lokalizace funkce mozku po objevu italština lékař Luigi Galvani (1737–1798) nervy a svaly byly elektricky vzrušitelné. Stimulace povrchu mozková kůra pomocí mozkové stimulace bylo použito k vyšetřování motorická kůra u zvířat vědci jako např Eduard Hitzig (1838–1907), Gustav Fritsch (1838–1927), David Ferrier (1842–1928) a Friedrich Goltz (1834–1902). Lidská kůra byla také elektricky stimulována neurochirurgové a neurologové jako Robert Bartholow (1831–1904) a Fedor Krause (1857–1937).

V následujícím století byla technika vylepšena vynálezem stereotaktická metoda britský průkopník neurochirurgů Victor Horsley (1857–1916) a vývojem chronické elektrodové implantáty podle švýcarský neurofyziolog Walter Rudolf Hess (1881–1973), José Delgado (1915–2011) a další pomocí elektrody vyrobeno přímou izolací drát které by mohly být vloženy hluboko do mozku volně se chujících zvířat, jako jsou kočky a opice. Tento přístup použil Dr.James Olds (1922–1976) a jeho kolegové k objevování odměna za stimulaci mozku a centrum potěšení. Americko-kanadský neurochirurg Wilder Penfield (1891–1976) a kolegové v Montrealský neurologický institut použili rozsáhlou elektrickou stimulaci mozkové kůry u probuzených neurochirurgických pacientů ke zkoumání motorické a senzorické homunculus (reprezentace těla v mozkové kůře podle distribuce motorických a senzorických území).

EBS zůstává neoddělitelně propletená s prací Dr. Robert Galbraith Heath, Dr. Jose Delgado a Dr. Wilder Penfield. Je zajímavé, že během studií lokalizace mozku neurochirurg Penfield nemohl vyvolat emocionální reakce u lidí, a to ani pozorováním spontánní epilepsie, ani elektrickou stimulací povrchu mozkové kůry. Neurofyziolog Dr. Jose Delgado zaznamenal několik výjimek z tohoto pravidla. Naproti tomu EBS prostřednictvím hluboce implantovaných elektrod v lokalizovaných oblastech mozku (hluboká stimulace mozku; DBS), vyvolaly příjemné i averzní reakce u laboratorních zvířat a lidí, jak bylo popsáno výše.^[1]^[2]^[3]

EBS může vyvolat rituální motorické reakce falešného vzteku u koček stimulací přední hypotalamus, jakož i složitější emoční a behaviorální složky „pravého vzteku“ u experimentálních zvířat stimulací laterálního hypotalamu au lidských subjektů stimulací různých hlubokých oblastí mozku. EBS u lidských pacientů s epilepsie může vyvolat záchvaty na povrchu mozku a patologickou agresi a vztek stimulací amygdaly.^[3]^[4]

Proces

Dvoufotonová excitační mikroskopie to ukázal mikrostimulace aktivuje neurony řídce kolem elektrody i při nízkých proudech (pouhých 10 μA) až do vzdáleností až čtyř milimetrů. To se děje bez zvláštního výběru dalších neuronů mnohem blíže ke špičce elektrody. To je způsobeno aktivací neuronů, která se určuje podle toho, zda mají nebo nemají axony nebo dendrity které procházejí v okruhu 15 μm blízko špičky elektrody. Jak se zvyšuje proud, zvyšuje se objem kolem špičky, která aktivuje neuronové axony a dendrity, a tím i počet aktivovaných neuronů. Aktivace bude s největší pravděpodobností způsobena přímým depolarizace spíše než synaptická aktivace.^[5]

Účinky

Komplexní přehled výzkumu EBS sestavil seznam mnoha různých akutních dopadů stimulace v závislosti na cílové oblasti mozku. Následuje několik příkladů dokumentovaných efektů:^[6]

Smyslové: Pocity brnění, houpání, pohybu, udušení, pálení, šoku, tepla, parestézie, pocit pádu, oscilopsie, dysestézie, levitace, zvuky, fosfeny, halucinace, mikropsie, diplopie, atd.
Motor: Pohyby očí, pohyb, zastavení řeči, automatismy, smích, palilalia, žvýkání, nutkání k pohybu, pláč bez smutku atd.
Autonomní: Červenající se, mydriáza, změna krevního tlaku a dýchání, apnoe nevolnost, tachykardie, pocení atd.
Emocionální: Úzkost, veselí, pocit neskutečnosti, strach, štěstí, hněv, smutek, přechodná akutní deprese, hypomanie, atd.
Poznávací: Acalculia, parafázie, anomická afázie, připomínající vzpomínky, „jít do transu“, „z tohoto světa“, vodivostní afázie, hemispatiální zanedbávání, alexia, déjà vu, prožívání minulých zkušeností, agrafie, apraxie, atd.

EBS v oblastech citlivých na obličej fusiform gyrus způsobil, že pacient oznámil, že tváře lidí v místnosti s ním se „proměnily“ a zkreslily se: „Tvůj nos se prohnul, šel doleva. [...] Změnila se jen tvá tvář, všechno ostatní bylo stejné . “^[7]

Terapeutické aplikace

Stereotaktický přístroj používaný k vložení elektrody do bazální ganglia mozku, pro operaci Parkinsonovy choroby.

Příklady terapeutického EBS jsou:

Kraniální stimulace elektroléčbou (CES)
Hluboká stimulace mozku (DBS)
Transkraniální stimulace stejnosměrným proudem (tDCS)
Elektrokonvulzivní terapie (ECT)
Nízkofrekvenční magnetická stimulace (LFMS)
Funkční elektrická stimulace (FES)
Léčba magnetickými záchvaty (MST)
Stimulace vagových nervů (VNS)
Hluboká transkraniální magnetická stimulace (Hluboká TMS)
Reagujte na nervovou stimulaci (RNS)

Silné elektrické proudy mohou místo funkční reverzibilní stimulace způsobit lokalizovanou lézi v nervové tkáni. Tato vlastnost byla použita pro neurochirurgické zákroky při různých způsobech léčby, například pro Parkinsonova choroba, ústřední epilepsie a psychochirurgie. Někdy se stejná elektroda používá k prozkoumání mozku, aby našel vadné funkce, než projde lézivým proudem (elektrokoagulace ).

Reference

^ Penfield, Wilder (1974). Mechanismy řeči a mozku. New York: Atheneum.
^ Delgado, Jose (1986). Fyzická kontrola mysli: Směrem k psychocivilizované společnosti. New York: Harper a Row.
^ ^A ^b Faria, Miguel A. „Násilí, duševní nemoci a mozek - Stručná historie psychochirurgie: Část 2 - Od limbického systému a cingulotomie k hluboké stimulaci mozku“. Surg Neurol Int 01-Jun-2013; 4:75. Citováno 7. dubna 2014.
^ Mark, Vernon (1970). Násilí a mozek. New York: Harper a Row.
^ Histed, MH; Bonin, V; Reid, RC. (2009). „Přímá aktivace řídkých distribuovaných populací kortikálních neuronů elektrickou mikrostimulací“. Neuron. 63 (4): 508–22. doi:10.1016 / j.neuron.2009.07.016. PMC 2874753. PMID 19709632.
^ Aslihan Selimbeyoglu; Josef Parvizi (30. května 2010). „Elektrická stimulace lidského mozku: percepční a behaviorální jevy uváděné ve staré i nové literatuře“. Frontiers in Human Neuroscience. 4 (46): 46. doi:10.3389 / fnhum.2010.00046. ISSN 1662-5161. PMC 2889679. PMID 20577584.
^ Josef Parvizi; Corentin Jacques; Brett L. Foster; Nathan Withoft; Vinitha Rangarajan; Kevin S. Weiner; Kalanit Grill-Spector (24. října 2012). „Elektrická stimulace lidských fusiformních oblastí selektivních na obličej narušuje vnímání obličeje“. Journal of Neuroscience. 32 (43): 14915–14920. doi:10.1523 / JNEUROSCI.2609-12.2012. ISSN 1529-2401. PMC 3517886. PMID 23100414.

[1] Penfield, Wilder (1974). Mechanismy řeči a mozku. New York: Atheneum.

[2] Delgado, Jose (1986). Fyzická kontrola mysli: Směrem k psychocivilizované společnosti. New York: Harper a Row.

[Faria-3] A ^b Faria, Miguel A. „Násilí, duševní nemoci a mozek - Stručná historie psychochirurgie: Část 2 - Od limbického systému a cingulotomie k hluboké stimulaci mozku“. Surg Neurol Int 01-Jun-2013; 4:75. Citováno 7. dubna 2014.

[4] Mark, Vernon (1970). Násilí a mozek. New York: Harper a Row.

[5] Histed, MH; Bonin, V; Reid, RC. (2009). „Přímá aktivace řídkých distribuovaných populací kortikálních neuronů elektrickou mikrostimulací“. Neuron. 63 (4): 508–22. doi:10.1016 / j.neuron.2009.07.016. PMC 2874753. PMID 19709632.

[SelimbeyogluParvizi2010-6] Aslihan Selimbeyoglu; Josef Parvizi (30. května 2010). „Elektrická stimulace lidského mozku: percepční a behaviorální jevy uváděné ve staré i nové literatuře“. Frontiers in Human Neuroscience. 4 (46): 46. doi:10.3389 / fnhum.2010.00046. ISSN 1662-5161. PMC 2889679. PMID 20577584.

[ParviziEtAl2012-7] Josef Parvizi; Corentin Jacques; Brett L. Foster; Nathan Withoft; Vinitha Rangarajan; Kevin S. Weiner; Kalanit Grill-Spector (24. října 2012). „Elektrická stimulace lidských fusiformních oblastí selektivních na obličej narušuje vnímání obličeje“. Journal of Neuroscience. 32 (43): 14915–14920. doi:10.1523 / JNEUROSCI.2609-12.2012. ISSN 1529-2401. PMC 3517886. PMID 23100414.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]