مدل مداری ممکن است توضیح دهد که چگونه تحریک عمیق مغز علائم بیماری پارکینسون را درمان می کند


مدل مداری ممکن است توضیح دهد که چگونه تحریک عمیق مغز علائم بیماری پارکینسون را درمان می کند

ریتم های مغزی در بین سلول های FSI و MSN تولید شده توسط مدل، شدت خط پایه را بر اساس فرکانس (بالا)، وضعیت پارکینسون (ردیف وسط؛ پیک بتا بالا نزدیک به 20 هرتز) را نشان می دهد. و شرایط DBS (به پیک گامای FSI نزدیک 60 هرتز توجه کنید). اعتبار: Elie Adam/MIT Picower Institute

افراد مبتلا به بیماری پارکینسون و پزشکان آنها با ناشناخته های زیادی روبرو هستند، از جمله پاسخ به این که دقیقاً چگونه تحریک عمیق مغز (DBS) برخی از علائم حرکتی را که بیماران تجربه می کنند تسکین می دهد. در یک مطالعه جدید، دانشمندان دانشگاه بوستون و موسسه یادگیری و حافظه Picower در MIT مدلی دقیق را ارائه می‌کنند که دینامیک مدارهای زیرین را توضیح می‌دهد و توضیحی را ارائه می‌دهد که در صورت تایید تجربی، می‌تواند درمان را بیشتر بهبود بخشد.

از جمله چیزهایی که در مورد بیماری پارکینسون شناخته شده است این است که کمبود دوپامین تنظیم کننده عصبی با ریتم های غیر طبیعی فرکانس بتا (امواج مغزی با فرکانس حدود 20 هرتز) همراه است. DBS، که شامل تحویل تحریک الکتریکی با فرکانس بالا به ناحیه ای به نام هسته ساب تالاموس (STN) است، ظاهراً این ریتم های بتا بالا را سرکوب می کند و تعادل سالم تری را با فرکانس های ریتم دیگر و کنترل بهتر حرکت باز می گرداند.

مدل محاسباتی مبتنی بر بیوفیزیک جدید که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم بر این باور است که اثر مفید DBS از چگونگی قطع کردن یک چرخه معیوب که بتا فرار را در یک حلقه مدار بین STN و ناحیه ای به نام جسم مخطط ایجاد می کند، ناشی می شود. در سال 2011، میشل مک کارتی، یکی از نویسندگان این مطالعه، استادیار پژوهشی ریاضیات و آمار در دانشگاه BU، از مدل‌های ریاضی برای نشان دادن اینکه چگونه در غیاب دوپامین، بتا فراری ممکن است در جسم مخطط از هیجان بیش از حد در میان سلول‌های ساکن جسم مخطط به نام محیط ایجاد شود، استفاده کرد. نورون های خاردار (MSNs).

این مدل به رهبری الی آدام، فوق دکترای موسسه پیکوور، بر اساس یافته های مک کارتی است. به آدام و مک کارتی، امری ان. براون، ادوارد هود تاپلین، استاد مهندسی پزشکی و علوم اعصاب محاسباتی در MIT و نانسی کوپل، ویلیام فیرفیلد وارن، استاد برجسته ریاضیات و آمار در BU، پیوستند. کار این کوارتت نشان می‌دهد که تحت شرایط سالم، با دوپامین کافی، سلول‌های جسم مخطط به نام نورون‌های سریع اسپیکینگ (FSIs) می‌توانند ریتم‌های فرکانس گاما (30 تا 100 هرتز) تولید کنند که فعالیت بتا MSNs را تنظیم می‌کند. اما بدون دوپامین، FSI ها قادر به محدود کردن فعالیت MSN نیستند و بتا بر یک حلقه مدار کامل تسلط پیدا می کند که STN را به FSI ها، به MSN ها، به مناطق دیگر و سپس به STN متصل می کند.

آدام گفت: «گامای FSI برای کنترل بتا MSN مهم است. هنگامی که سطح دوپامین کاهش می یابد، MSN ها می توانند بتا بیشتری تولید کنند و FSI ها توانایی خود را در تولید گاما برای خاموش کردن آن بتا از دست می دهند، بنابراین بتا وحشی می شود. سپس FSI ها با فعالیت بتا بمباران می شوند و خود به مجاری برای بتا تبدیل می شوند، که منجر به بروز بتا می شود. تقویت آن.”

مدل مداری ممکن است توضیح دهد که چگونه تحریک عمیق مغز علائم بیماری پارکینسون را درمان می کند

شماتیک مدلی را نشان می دهد که چگونه یک حلقه کلید توسط فعالیت موج بتا در بیماری پارکینسون غرق می شود. نورون‌های سریع اسپکینگ (FSI) نمی‌توانند نورون‌های خاردار متوسط ​​(MSN) را مهار کنند. وقتی DBS بین STN و FSI اعمال می شود که چرخه را می شکند. اعتبار: الی آدام.

هنگامی که تحریک با فرکانس بالا DBS به STN اعمال می شود، مدل نشان می دهد که جایگزین ورودی بتای عظیم دریافتی توسط FSI ها شده و تحریک پذیری آنها را بازیابی می کند. با تقویت مجدد و رها شدن از آن قیدهای بتا، نورون‌های بین‌المللی تولید نوسانات گاما (در حدود نصف فرکانس تحریک DBS، معمولاً در 135 هرتز) را از سر می‌گیرند که سپس فعالیت بتا MSNs را سرکوب می‌کند. از آنجایی که MSN ها دیگر بتا زیادی تولید نمی کنند، حلقه منتهی به STN و سپس به FSIs دیگر تحت تسلط آن فرکانس نیست.

آدام گفت: “DBS از انتشار بتا به سمت FSI ها جلوگیری می کند به طوری که دیگر تقویت نمی شود، و سپس، با FSI های هیجان انگیز اضافی، توانایی FSI ها را برای تولید نوسانات گاما قوی بازیابی می کند، که به نوبه خود بتا را در منبع آن مهار می کند.”

این مدل چین و چروک مهم دیگری را نشان می دهد. در شرایط عادی، سطوح مختلف دوپامین به شکل گیری گامای تولید شده توسط FSI کمک می کند. اما FSI ها نیز ورودی از قشر مغز دریافت می کنند. در بیماری پارکینسون، که در آن دوپامین وجود ندارد و بتا غالب می‌شود، FSI انعطاف‌پذیری تنظیمی خود را از دست می‌دهد، اما در میان DBS، با اختلال در غلبه بتا، FSIs می‌تواند با ورودی از قشر مغز تعدیل شود، حتی اگر دوپامین هنوز وجود نداشته باشد. این به آنها امکان می‌دهد تا گامایی را که به MSN ارائه می‌کنند را کاهش دهند و بیان هماهنگی از ریتم‌های بتا، گاما و تتا را امکان‌پذیر کنند.

به گفته نویسندگان، این مطالعه با ارائه یک توضیح عمیق مبتنی بر فیزیولوژی درباره نحوه عملکرد DBS، ممکن است سرنخ هایی را نیز به پزشکان ارائه دهد که چگونه آن را برای بیماران بهترین کارایی کنند. نکته کلیدی یافتن ریتم گامای بهینه FSI ها است که ممکن است از بیمار به بیمار دیگر کمی متفاوت باشد. اگر بتوان آن را تعیین کرد، تنظیم فرکانس تحریک DBS برای ارتقای آن خروجی گاما باید بهترین نتایج را تضمین کند.

با این حال، قبل از اینکه بتوان آن را آزمایش کرد، یافته‌های بنیادی مدل باید به‌طور تجربی تأیید شوند. به گفته نویسندگان، این مدل پیش‌بینی‌های لازم را برای ادامه چنین آزمایش‌هایی انجام می‌دهد.


همانطور که اطلاعات از طریق سلسله مراتب مغز جریان می یابد، مناطق بالاتر از امواج فرکانس بالاتر استفاده می کنند


اطلاعات بیشتر:
الی ام. آدام و همکاران، تحریک عمیق مغز در هسته ساب تالاموس برای بیماری پارکینسون می تواند پویایی شبکه های مخطط را بازیابی کند. مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (2022). DOI: 10.1073/pnas.2120808119

ارائه شده توسط موسسه فناوری ماساچوست

نقل قول: مدل مداری ممکن است توضیح دهد که چگونه تحریک عمیق مغز علائم بیماری پارکینسون را درمان می‌کند (2022، 16 مه) در 16 مه 2022 از https://medicalxpress.com/news/2022-05-circuit-deep-brain-parkinson-disease.html بازیابی شده است.

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.