تعدیل غیرتهاجمی حالات همودینامیک و متابولیک مغز توسط نور مادون قرمز نزدیک

مغز انسان محل غالب متابولیسم انرژی در بدن است. انقباض و شل شدن درونی دیواره های عروقی که به آن “وازوموشن” نیز می گویند، مسئول فعالیت متابولیک و همودینامیک در مغز انسان است. اختلال در حرکت عروقی با شرایط عصبی مانند تصلب شرایین، بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون و سکته مرتبط است.

درک بهتر مکانیسم‌های زیربنایی فعالیت‌های همودینامیک و متابولیک در متابولیسم مغزی انسان می‌تواند به پیشبرد کاربرد نورومدولاسیون در بهبود عملکرد شناختی در افراد با یا بدون اختلالات عصبی کمک کند.

فتوبیومدولاسیون ترانس کرانیال (tPBM) یک شکل نوظهور نوردرمانی است که از لیزرهای با شدت کم یا ال‌ای‌دی‌هایی که نور نزدیک به مادون قرمز ساطع می‌کنند برای تحریک مغز و افزایش فعالیت آن استفاده می‌کند. یک رویکرد امیدوارکننده، tPBM در حال حاضر به عنوان یک درمان بالقوه برای شرایط مختلف عصبی در حال بررسی است. با این حال، هنوز در مراحل اولیه توسعه است و محققان بر روی بهینه سازی عواملی مانند شدت نور، طول موج و مدت زمان درمان برای دستیابی به بهترین نتیجه ممکن کار می کنند.

پروفسور هانلی لیو و همکارانش از دانشگاه تگزاس در آرلینگتون، ایالات متحده، در حال بررسی اثرات خاص tPBM بر روی همودینامیک (مربوط به جریان خون) و فعالیت متابولیک قشر جلوی مغز، منطقه ای از مغز هستند که در عملکرد شناختی نقش دارد. . در مطالعه اخیر آنها که در نوروفوتونیکآنها با نشان دادن اینکه فعالیت‌های همودینامیک و متابولیک قشر جلوی مغز در حالت استراحت به طور قابل توجهی توسط tPBM تعدیل می‌شوند، همه چیز را جلو بردند.

در این مطالعه، محققان 26 جوان سالم را برای انجام جلسات tPBM ثبت نام کردند که در طی آن آنها تحت پنج شرایط مختلف تحریک قرار گرفتند. هر شرکت کننده یک درمان 8 دقیقه ای با نور 800 نانومتر و 850 نانومتر در پیشانی راست (R800، R850) و نور 800 نانومتر در پیشانی چپ (L800) دریافت کرد. آنها همچنین دو مداخله ساختگی (دارونما) در پیشانی چپ و راست برای تجزیه و تحلیل کنترل دریافت کردند. عینک های محافظ لیزری برای محافظت از چشم شرکت کنندگان در طول درمان ارائه شد.

درست قبل و بعد از درمان 8 دقیقه ای tPBM، کاوشگرهای تشخیص طیف سنجی نزدیک به مادون قرمز باند پهن دو کاناله (2-bbNIRS) در هر طرف پیشانی شرکت کننده قرار داده شد. این تنظیمات به محققان کمک کرد تا اثرات درمان و تغییرات در فعالیت مغز را قبل و بعد از تحریک بر اساس ویژگی‌های جذب و پراکندگی بافت مغز اندازه‌گیری کنند. سپس داده های اندازه گیری شده به سیگنال هایی برای نشان دادن فعالیت های همودینامیک و متابولیک در مناطق مختلف مغز تبدیل شدند.

پس از درمان tPBM، محققان تفاوت های قابل توجهی را در پاسخ مغز در نوارهای نوسان مادون آهسته (ISO) مشاهده کردند – محدوده فرکانس نوسانات ریتمیک در رگ های خونی که مستقل از ضربان قلب رخ می دهد. نوسانات مختلف باند ISO که به عنوان اجزای درون زا (E)، میوژنیک (M) و نوروژنیک (N) طبقه بندی می شوند، نشان دهنده لایه اندوتلیال داخلی و لایه عضلانی صاف بیرونی عروق خونی و همچنین عناصر مرتبط با عصب در بافت هستند. ، به ترتیب.

به طور کلی، حرکت عروقی در نواحی مختلف مغز، مانند پیشانی دو طرفه، به دلیل ضربان قلب یکپارچه یا حرکت قلب، هماهنگ می شوند. محققان دریافتند که هر سه شرایط tPBM منجر به کاهش هماهنگی بین متابولیسم دوطرفه در باند N و فعالیت‌های همودینامیک دو طرفه در باند M ISO می‌شود. با این حال، R800 به طور قابل توجهی اتصال همودینامیک و متابولیک دو طرفه یا همگام سازی را در باند E افزایش داد.

پس از بررسی جفت بین فعالیت‌های همودینامیک و متابولیک در هر طرف قشر جلوی مغز، آنها بیشتر دریافتند که هر سه شرایط تحریک جفت شدن همودینامیک-متابولیک را در باند E فقط در سمت tPBM افزایش می‌دهند، نه در طرف مقابل. همچنین، هر دو R800 و L800 منجر به افزایش جفت همودینامیک-متابولیک در باند M نیز در سمت تحریک شدند.

به طور کلی، این یافته‌ها نشان می‌دهد که پاسخ‌های فعالیت‌های همودینامیک و متابولیک قشر جلوی مغز به tPBM به طول موج نور و همچنین محل اعمال تحریک بستگی دارد. علاوه بر این، سلول‌های اندوتلیال و ماهیچه‌های صاف در رگ‌های خونی بر اساس ریتم حرکت عروقی خود به tPBM واکنش متفاوتی نشان می‌دهند.

در حالی که تحقیقات بیشتری برای حمایت از کاربرد tPBM در درمان بیماری‌های عصبی مورد نیاز است، این یافته‌ها شواهد علمی کلیدی را ارائه می‌دهند که tPBM پتانسیل درمانی برای تعدیل اتصال مغز در سراسر پیشانی و جفت شدن متابولیک-همودینامیک در سمت تحریک را دارد.