Транскраниальный импульсный ультразвук - Transcranial pulsed ultrasound

Транскраниальный импульсный ультразвук (TPU) использует низкую интенсивность, низкую частоту УЗИ (LILFU) для стимуляции мозга. В 2002 году доктор Александр Быстрицкий впервые высказал идею о том, что эта методология имеет терапевтические преимущества.[1] Начиная с 2008 года, доктор Уильям Тайлер и его исследовательская группа из Государственный университет Аризоны начал исследование и разработку этой альтернативы нейромодуляция без вредных последствий и рисков инвазивной хирургии. Они обнаружили, что этот маломощный ультразвук способен стимулировать высокую активность нейронов, что позволяет управлять мозговыми волнами через внешний источник. В отличие от глубокая стимуляция мозга или же Стимуляция блуждающего нерва, в которых используются имплантаты и электрические импульсы, TPU - это неинвазивная и целенаправленная процедура, не требующая имплантации электроды это может повредить нервную ткань. Его использование применимо в различных областях, включая, помимо прочего, медицину и военную науку. Хотя эта технология обладает большим потенциалом для внедрения новых и полезных альтернатив обычным манипуляциям с мозгом, это относительно молодая наука, которая имеет определенные препятствия на пути ее полного развития, такие как отсутствие полного понимания и контроля всех мер безопасности.[2]

Исследования и приложения

Большинство исследований по состоянию на 2010 год касались проектов по использованию TPU в качестве метода лечения нервных расстройств и улучшения когнитивных функций. Однако в 2012 году доктор Тайлер также начал исследование способности ультразвука купировать приступы.[3] Доктор Тайлер и его команда продолжают совершенствовать свои знания о терапии стимуляцией мозга и надеются заложить прочную основу для применения таких методов.[4]

Медицинская сфера

Ученые продолжают тестировать самых разных млекопитающих, таких как люди, обезьяны.[5] и мышей на положительное влияние на лечение эпилепсии, болезни Паркинсона, хронической боли, комы, дистонии, психозов и депрессии путем применения безопасного низкоинтенсивного TPU. Поскольку потенциал этой технологии охватывает широкий спектр преимуществ, ожидается, что продолжение исследований ее безопасности и эффективности ускорит ее интеграцию в стандартную медицинскую практику.[2]

Военный

Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (г.DARPA ) проходит исследования по разработке шлема, который мог бы контролировать психическое напряжение солдат с помощью TPU. Это может иметь потенциал для смягчения уровня стресса и беспокойства солдата.[6] Звуковые волны будут воздействовать на определенные области мозга, чтобы стимулировать активность в областях размером всего несколько кубических миллиметров. Это позволит им нацеливаться на очень определенные области мозга с большой точностью и без ущерба для окружающей среды. Прототип этого устройства в настоящее время разрабатывается, чтобы улучшить способности и потенциал солдат.[7]

Тестирование

Обычный ультразвук, используемый для анатомического анализа, обычно использует волну с частотой около 20 МГц для проникновения в ткани тела и получения изображений. Для сравнения, низкая частота TPU имеет субтермическое воздействие около 5,7 МГц. За счет значительного снижения частоты волн можно манипулировать возбудимой тканью без чрезмерного воздействия или заметного повреждения. Ученые обнаружили, что сосредоточение внимания на целевых областях мозга животных, как было доказано, изменяет их поведение, электрические свойства их клеток (электрофизиология ), и их синаптическая пластичность, что по сути является способностью нейрона функционировать.[1]

Например, было показано, что при фокусировании на моторной коре мышей TPU вызывает движения лап без изменения структуры или функции этой области мозга. Это доказывает, что этот метод способен контролировать активность мозга на высоком когнитивном уровне. Понятно, что более короткие волны способны активировать активность нейронов, а более длинные - подавлять. Однако механизм, ответственный за эту реакцию, еще предстоит открыть. Недавняя ведущая гипотеза заключается в том, что механическое манипулирование чувствительными к растяжению мембранами фактически стимулирует определенные потенциалзависимые ионные каналы, такие как натрий или кальций, таким образом модулируя активность нейронов.[1]

Ограничения

Клинические испытания были использованы для определения любых выдающихся вредных эффектов. Хотя в результате этих тестов ни у одного пациента не было выявлено длительных неврологических отклонений, это относительно новая процедура, которая не была изучена в достаточной степени, чтобы предсказать долгосрочные побочные эффекты. Несмотря на то, что это более безопасная альтернатива хирургическому вмешательству, поскольку оно неинвазивно, ультразвук всегда может непреднамеренно разрушить нейроны и вызвать незначительные кровотечения после длительного воздействия.[8]

Лечебные преимущества

В отличие от высокочастотного ультразвука, LILFU обладает следующими преимуществами: меньшее поглощение в тканях, большая физическая глубина проникновения в ткани, более сильное отклонение частиц, значительно лучшее акустическое проникновение и мощность в кости, большее влияние в кинетических эффектах, немедленные / краткосрочные результаты воздействия. , более длительные / стойкие эффекты после процедуры и более высокая степень безопасности пациента.[9]

Рекомендации

  1. ^ а б c Хамерофф, Стюарт. «Влияние транскраниального ультразвука (ТУЗИ) на психические состояния: пилотное исследование» (PDF). Эльзевир. PMID  22664271. Архивировано из оригинал (PDF) 22 марта 2013 г.. Получено 25 октября 2013. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  2. ^ а б «Ультразвук используется для дистанционного контроля мозговых цепей». ScienceDaily. Мозговые цепи. Получено 23 октября 2013.
  3. ^ Тайлер, Уильям. «Наши исследования в новостях». Тайлер Лаборатория. Получено 10 ноября 2013.
  4. ^ Тайлер, Уильям. «Резюме программы исследований». Школа медицины и научно-исследовательский институт Virginia Tech Carilion. Архивировано из оригинал 3 ноября 2013 г.. Получено 23 октября 2013.
  5. ^ Деффье Т., Юнан Ю., Ваттиз Н., Тантер М., Пуже П. и Обри Дж. Ф. (2013). Сфокусированный ультразвук низкой интенсивности модулирует зрительно-моторное поведение обезьян. Актуальная биология, 23 (23), 2430-2433 [1]
  6. ^ Диллоу, Глина. «DARPA хочет установить транскраниальные ультразвуковые устройства управления разумом в солдатских касках». Популярная наука. Bonnier Corporation. Получено 21 февраля 2016.
  7. ^ Тайлер, доктор Уильям Дж. «Удаленное управление мозговой деятельностью с помощью ультразвука». Вооружен наукой. Министерство обороны США. Получено 21 февраля 2016.
  8. ^ Даффертсхофер, М. (2005). «Транскраниальный низкочастотный ультразвуковой тромболизис при ишемии головного мозга: повышенный риск кровоизлияния с комбинированным ультразвуком и тканевым активатором плазминогена: результаты клинического исследования фазы II». Гладить. 36 (7): 1441–6. Дои:10.1161 / 01.STR.0000170707.86793.1a. PMID  15947262.
  9. ^ "Почему низкочастотный ультразвук?". UltraPuls. Получено 13 ноября 2013.