دلائل مختلفی باعث شده، خصوصا در سال‌های اخیر، دانشمندان در پی راهی بهینه جهت تحریک مناطق عمقی مغز و در نگاهی وسیع‌تر، ارتباط متناسب، با بخش‌های داخلی‌تر مغز باشند؛ مثلا فعالیت غیرعادی نورون‌های مغزی که دسته‌ای از بیماری‌ها را سبب می‌شود. در این مقاله، نگاهی خواهیم داشت به مفاهیم تحریک (به صورت اجمالی) و تحریک عمقی مغز (DBS)، سپس تاثیر به سزای این روش در درمان بیماری‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم و نهایتا انواع روش‌های موجود اعم از تهاجمی و غیرتهاجمی را مطرح می‌کنیم.
تحریک به چه معناست؟
بدن ما از حدود ۱۰۱۴ سلول تشکیل شده است. سلول‌ها فعالیت‌های مختلفی نظیر مکانیکی، شیمیایی و الکتریکی می‌توانند داشته باشند. یکی از راه‌های انتقال پیام بین اندام‌های مختلف بدن، خصوصا مغز و سایر اندام‌ها، پتانسیل عمل (Action Potential) است. پتانسیل عمل یک نوع فعالیت الکتریکی بین سلول‌هاست و اگر در یک سلول رخ دهد می‌گوییم سلول تحریک شده‌است.
مبنای پتانسیل عمل، تغییرات اختلاف پتانسیل دو طرف غشاء سلول (داخل و بیرون سلول) و سرایت این تغییرات به بخش‌های مجاور خود سلول و دیگر سلول‌ها می‌باشد. به این ترتیب پتانسیل عمل به منزله یک پیام و یا یک دستور عمل می‌کند برای سلول؛ که می‌تواند از جایی به جای دیگر منتقل شود. اولین پتانسیل عمل زمانی رخ می‌دهد که اختلاف پتانسیل دو طرف غشاء سلول (بر اثر عوامل مختلف هورمونی، شیمایی، الکتریکی، …) به حد آستانه برسد.
تحریک عمقی مغز (DBS) چیست؟
گاهی سلول‌های عصبی مغز (نورون‌ها) به علت آسیب دیدگی، نمی‌توانند مولد تحریک باشند و پیام لازم را به سایر نقاط مدنظر بدن برسانند. اگر این نورون‌ها در نواحی اطراف و حاشیه‌ای مغز باشند، می‌توان با الکترود گذاری روی پوست سر و مثلا به روش tDCS سلول‌های آن نواحی را تحریک کرد. اما اگر این نورون‌ها در نواحی عمقی‌تر مغز باشند، دیگر تحریک آن‌ها کار ساده‌ای نخواهد بود. البته روش‌هایی تحت عنوان تحریک عمقی مغز (Deep Brain Stimulation)، با همین مضمونی که گفته شد، وجود دارد که در ادامه مطالعه خواهید کرد.
تحریک عمقی مغز و درمان بیماری‌ها
تاکنون تحریک عمقی مغز تهاجمی توانسته عملکرد خوبی در بهبود برخی بیماری‌ها از خود نشان دهد؛ مانند بیماری پارکینسون با متوقف کردن فعالیت‌های غیرعادی نورون‌ها که سبب نشانه‌های این بیماری نظیر لرزش، کند شدن حرکات بدن، مشکل تعادل و … است. البته مکانیسم اثرگذاری این روش، کاملا روشن نیست. تنها می‌دانیم با جلوگیری از فعالیت‌های غیرمعمول سلول‌های عصبی نشانه‌های بیماری را کاهش داده یا از بین می‌برد. تحریک عمقی مغز تهاجمی پیشنهاد اول پزشک برای بیماری نیست. بلکه اگر دارودرمانی جوابگو نباشد یا برای فرد عوارض جانبی شدیدی داشته باشد، این روش انتخاب می‌شود. قابل ذکر است که این روش درمانی، برای بیماری‌های مثل افسردگی، اختلال وسواس جبری (OCD) و سندروم تورت نیز مفید واقع شده‌است.
انواع تحریک عمقی مغز؛ تهاجمی و غیرتهاجمی
تحریک سلول‌های عمقی مغز به صوت عمده می‌تواند به دو روش تهاجمی و غیر تهاجمی صورت پذیرد. در روش تهاجمی که به آن Invasive-DBS یا به اختصار I-DBS گفته می‌شود، الکترودهایی را طی عمل جراحی وارد سر بیمار می‌کنند. اما در روش غیرتهاجمی یا به اصطلاح از راه دور، بدون نیاز به عمل جراحی و به کمک اعمال امواج خاص نظیر الکتریکی و یا فراصوت، سعی بر تحریک نواحی عمقی مغزی دارند. در ادامه به هر کدام از روش‌ها بیشتر می‌پردازیم.
تحریک عمقی تهاجمی
در روش تهاجمی ابتدا دو الکترود سوزنی شکل را، طی یک فرایند جراحی سنگین، درون مغز بیمار کار می‌گذارند. به نحوی که نوک الکترودها به قست‌های عمقی مغز می‌رسد. سپس در یک فرایند جراحی دیگر دستگاه مولد تحریک الکتریکی (pulse stimulator) را در اطراف قفسه سینه می‌کارند. آن را از طریق سیم‌هایی که از زیر پوست عبور داده‌اند، به الکترودهای کاشته شده در مغز متصل می‌کنند.
دستگاه مولد تحریک چیزی شبیه ضربان‌ساز (pacemaker) است. می‌تواند پالس‌های مختلف الکتریکی با فرکانس مورد نیاز را تولید کند و به نوک الکترودها برساند. بدین ترتیب می‌توان نورون‌های داخلی‌تر مغز را تحریک کرد.
تحریک عمقی غیرتهاجمی
روش‌های مختلفی برای تحریک عمقی مغز به صورت غیرتهاجمی وجود دارد که به سه مورد شناخته شده‌تر آن می‌پردازیم.
تحریک عمقی تداخلی (TI – DBS)
تحریک تداخلی (Temporal Interference) روشی است که به کمک آن می‌توان به تحریک نواحی داخلی‌تر مغز دست یافت. به این صورت که الکترودگذاری را این بار روی پوست انجام می‌دهند تا به وسیه آن‌ها دو میدان الکتریکی فرکانس‌بالا، با فرکانس‌های متفاوت اما نزدیک به هم را به مغز اعمال کنند. مثلا با فرکانس پایه ۲kHz و فرکانس دیگر ۲.۰۱kHz. یعنی اختلاف دو فرکانس ۱۰Hz است.
توزیع میدان الکتریکی اعمال شده به مغز، به صورت شماتیکی، به شکل زیر است. در بخش‌هایی صرفا یکی از این فرکانس‌ها وجود دارد؛ که نورون‌ها با میدان فرکانس‌بالا تحریک نمی‌شود. زیرا یون‌های درون سلول فرصت کافی برای جابجایی پیدا نمی‌کنند و این باعث می‌شود نتوانند اختلاف پتانسیل غشا را با جایگیری خاص خود، به حد آستانه برسانند و تحریک رخ دهد. اما بخش‌های دیگری، که اتفاقا ناحیه عمقی و داخلی مغز است، حضور هر دو میدان را تجربه می‌کند.
سیگنالی که توسط نورون‌های نواحی عمقی احساس می‌شود، به صورت حاصل جمع دو میدان اعمال شده است. آزمایش‌ها نشان داده است که سلول‌های عصبی این قسمت با فرکانس اختلافی دو فرکانس اعمال شده (در مثال ما ۱۰Hz) تحریک می‌شوند. این فرکانس را فرکانس ضربان (beat frequency) می‌نامند. در واقع تحریک نورون‌های داخلی‌تر مغز، با آهنگ منحنی پوش (envelope) سیگنال حاصل جمع دو سیگنال ۲ و ۲.۰۱ کیلوهرتزی اتفاق می‌افتد. البته این منحنی پوشی که از آن یاد می‌کنیم، سیگنال ما-به-ازای خارجی ندارد. چون اصلا چنین میدانی اعمال نشده است. پس چرا تحریک در نواحی عمقی مغز با این فرکانس رخ می‌دهد؟ این سوالی است که همچنان پاسخ واضحی برای آن وجود ندارد.
تحریک عمقی مغز با فراصوت (U – DBS)
این روش نوین در چند سال اخیر مورد توجه دانشمندان و محققان قرار گرفته و نتایج خوبی نیز بدست آمده است. از جدیدترین کارهایی که در جدیدا صورت گرفته و مقاله آن نیز در سال ۲۰۱۹ چاپ شده می‌توان به کار جناب ژو (Hui Zhou) و همکارانشان اشاره کرد. گزارش آن‌ها مربوط به درمان پارکینسون در یک مدل موش آزمایشگاهی است. آن‌ها نشان دادند تحریک عمقی مغز به روش فراصوت، در ناحیه هسته زیر تالاموس (STN) یا گلوبوس پالیدوس (Globus pallidus) می‌تواند رفتار حرکتی موش‌های آزمایشگاهی مبتلا به پارکینسون را بهبود بخشد. نکته قابل توجه دیگر اینکه در این آزمایش هیچ‌گونه خونریزی یا آسیب دیدگی بافت رخ نداد. برای متمرکز کردن تابش فراصوت، جهت تحریک نواحی عمقی مغز، از یک دستگاه پوشیدنی که روی سر موش قابل نصب است، استفاده شده.
تحریک عمقی اپتوژنتیکی (NIR – DBS)
یکی دیگر از کارهایی که اخیرا به منظور تحریک مناطق عمقی مغز به صورت غیرتهاجمی توسط چن (Chen) و همکارانش انجام شده است؛ مبنای اپتوژنتیکی دارد. می‌دانیم که امواج فروسرخ به راحتی می‌تواند از لایه‌های مختلف سر با کمترین میزان پراکندگی عبور کرده و به بخش‌های عمقی و ته‌کاری مغز برسد. لذا محققین نام‌برده، ابتدا لامپ فروسرخی را بالای سر موش آزمایشگاهی قرار دادند. سپس ذراتی تحت عنوان up conversion nanoparticle (UCNPs) را درون مغز فرستادند. این نانو ذرات امواج فروسرخی (با طول موج نزدیک به نور مرئی) را جذب کرده و نور مرئی از خود ساطع می‌کنند. بدین ترتیب نورون‌های حساس به نوری که این نور مرئی را احساس کنند، تحریک می‌شوند.
منابع: CELL ،NEUROMODEC ،SBMU
عالی بود مرسی ازت❤