Столкновение токов позволяет воздействовать на глубокие слои головного мозга

Фото из открытых источников

Исследования на людях показывают многообещающие результаты применения стимуляционного подхода при лечении эпилепсии и других заболеваний.

В 2017 году физик Нир Гроссман сделал открытие, которое обещало новый универсальный способ воздействия на живой мозг. Работая с мышами, он и его коллеги приложили к черепу два высокочастотных электрических тока. В месте столкновения токов в мозге грызунов электрическое поле изменяло нейронную активность. Другие неинвазивные методы обычно не затрагивают кору головного мозга, ее внешний слой. Новый подход, называемый стимуляцией временной интерференции (ТИ), открыл доступ к глубоким областям мозга, которые ранее были доступны только хирургическим путем.

Нейробиологи быстро оценили потенциал ТИ для изучения мозга и лечения его расстройств, и сейчас они проводят различные испытания на людях. Хотя исследования пока немногочисленны, и многие из них не были воспроизведены, они указывают на то, что ТИ может помочь облегчить симптомы эпилепсии, помочь пациентам после инсульта восстановить двигательные функции, улучшить память у людей с болезнью Альцгеймера и лечить психические расстройства.

Многие утверждают, что транскраниальная стимуляция (ТИ) — метод, использующий две пары закрепленных на голове электродов, соединенных с портативными генераторами тока, — более гибок и, вероятно, безопаснее, чем транскраниальный сфокусированный ультразвук, еще одна новая технология, позволяющая модулировать глубокие области мозга без хирургического вмешательства. А поскольку оборудование для ТИ недорогое и широко доступное, лабораториям было легко его опробовать.

«Тилептогенная терапия должна быть терапией с открытым исходным кодом», — говорит физик и исследователь эпилепсии Адам Уильямсон из университетской больницы Святой Анны. В этом году он и его коллеги в пилотном исследовании с участием людей с эпилепсией показали, что стимуляция гиппокампа, глубоко расположенной структуры головного мозга, которая часто является источником трудноизлечимых приступов, с помощью тилептогенной терапии может как подавлять всплески аномальной мозговой активности, так и улучшать сон участников. Его группа и другая группа в Университете Дьюка сотрудничают в рамках более масштабного клинического исследования этого подхода.

При транскраниальной индукции два высокочастотных электрических тока, подаваемых в мозг, встречаются или интерферируют, образуя низкочастотную фокальную область, или «оболочку», которая может усиливать или подавлять скорость электрической сигнализации нейронов. «Это мощный способ синхронизации нейронной активности», — говорит Мелани Боли, исследовательница эпилепсии из Университета Висконсина в Мэдисоне.

TI практически не воздействует на кожу головы, что позволяет использовать его во время сна и, в исследованиях, помогает участникам не знать, получают ли они настоящую стимуляцию или неактивную фиктивную стимуляцию, используемую в качестве контроля. Просто изменяя соотношение частот мешающих токов, исследователи могут направлять сигнал в разные области мозга.

По словам невролога Уолтера Корошеца, такая гибкость может сделать TI мощным инструментом для изучения функций мозга. «Представить, что у вас может быть нечто, с помощью чего вы можете просто исследовать различные области мозга при различных расстройствах — это было бы просто потрясающе», — говорит он.

Некоторые исследователи используют TI для изучения нормальной функции глубоких структур головного мозга. В 2023 году нейробиолог Фридхельм Хуммель из Швейцарского федерального института технологий показал, что стимуляция полосатого тела может улучшить способность пожилых людей к обучению постукиванию пальцами. Это доказало связь этой структуры с двигательным обучением у человека — то, что ранее предполагалось на основе исследований с использованием методов нейровизуализации и исследований на животных.

Подобные результаты также делают ТИ привлекательной в качестве возможной терапии. Сейчас Хаммель проводит рандомизированное контролируемое исследование, чтобы проверить перспективность ТИ в помощи людям восстановить двигательные функции после инсульта. На ранних этапах исследователи полагали, что она может также заменить глубокую стимуляцию мозга (DBS), при которой хирургически имплантированные устройства подают ток непосредственно в глубокие отделы мозга для лечения болезни Паркинсона, эпилепсии и тремора, а также других расстройств. Но многие отказались от этой точки зрения. «Я не думаю, что ТИ является альтернативой лечению болезни Паркинсона, потому что DBS работает очень хорошо», — говорит Хаммель.

Однако исследователи считают, что TI, которая более мягко воздействует на нейроны на большей площади, может быть использована для помощи пациентам с болезнью Паркинсона и эпилепсией — большинству из которых не проводят DBS — другими способами. Нарушения сна являются основной мишенью. Нарушения сна, распространенные при височной эпилепсии, наиболее распространенной форме заболевания, также усугубляют приступы, ухудшают настроение и рабочую память. Восстановление сна может помочь разорвать «порочный круг» этих взаимосвязанных симптомов, говорит Биргит Фраушер, эпилептолог из Университета Дьюка, которая руководит клиническими испытаниями TI в этом университете.

В прошлом году Боли и ее коллеги в препринте показали, что транскраниальная стимуляция (ТС), применяемая к вентромедиальной префронтальной коре, может углубить сон, при этом пациенты сообщали о сохраняющемся улучшении настроения и когнитивных функций. В прошлом месяце в другом препринте они сообщили, что ТС, применяемая к таламусу, другой структуре глубокого мозга, может увеличить так называемые веретенообразные волны — электрические маркеры глубокого сна — во время дневного сна. Воодушевленные этими и другими результатами, Фраушер, Уильямсон и Боли надеются разработать технологию ТС — потенциально, разновидность электродной шапочки — которую люди смогут использовать дома.

Несколько исследовательских групп разрабатывают методы транскраниальной иммунотерапии (ТИ) для лечения психических расстройств. Нейрохирург Ченчэн Чжан из Шанхайского университета Цзяотун сообщил, что ТИ, направленная на миндалевидное тело — глубокую область мозга, отвечающую за обработку эмоций, — облегчила тяжелую депрессию у 15 человек. Чжан говорит, что эти преимущества могут быть схожи с эффектами электросудорожной терапии — эффективного, но недостаточно используемого высокоэнергетического метода лечения, который необходимо проводить под наркозом.

В исследовании, опубликованном в прошлом месяце в виде препринта, исследователи в области психологии Негар Фани и Майкл Тредвей из Университета Эмори показали, что стимуляция вентрального стриатума (структуры, играющей центральную роль в обработке вознаграждения) с помощью метода TI может усилить реакцию мозга на вознаграждение во время медитации. Фани и Тредвей надеются использовать метод TI, чтобы помочь людям с посттравматическим стрессовым расстройством придерживаться терапевтических программ медитации, которые очень эффективны в улучшении симптомов, говорит Тредвей, «но трудно заставить людей их выполнять».

Хаммель и Гроссман оба считают, что ТИ может помочь людям с болезнью Альцгеймера дольше сохранять когнитивные функции. Хаммель признает, что это «вероятно, не остановит дегенеративный процесс». Но «можно улучшить когнитивные функции и, будем надеяться, сделать [пациентов] более устойчивыми к ухудшению состояния». Два года назад его группа сообщила, что ТИ к гиппокампально-энторинальному комплексу, важному центру памяти и пространственной навигации, улучшила результаты здоровых людей в задании на навигацию на основе виртуальной реальности. Сейчас они проверяют эту концепцию на людях с легкими когнитивными нарушениями, вызванными болезнью Альцгеймера или черепно-мозговой травмой.

В 2025 году группа Гроссмана опубликовала результаты небольшого неслепого пилотного исследования, в котором у 21 человека на ранних стадиях болезни Альцгеймера наблюдалось улучшение в выполнении определенных задач на память после стимуляции гиппокампа методом TI. В настоящее время он проводит рандомизированное плацебо-контролируемое исследование этого подхода.

Опытные специалисты в области нейростимуляции высказывают неоднозначные мнения по поводу расширения применения ТИ. Одна из пионеров глубокой стимуляции мозга, Хелен Мейберг из Медицинской школы Икана при горе Синай, говорит, что эта технология «имеет потенциал стать замечательным инструментом», но исследователям все еще необходимо досконально понимать мозговые сети, которые они хотят модулировать. И хотя ТИ не предполагает хирургического вмешательства, она не решается назвать ее «неинвазивной». «Вы [вносите изменения] глубоко внутри мозга», — говорит она.

Устройства и частоты, используемые в ТИ, в целом считаются безопасными, говорит Андреа Анталь, исследователь нейромодуляции из Гёттингенского университета имени Георга Августа, которая недавно опубликовала обзор данных о безопасности различных типов электрической стимуляции. Однако Анталь отмечает, что ей было трудно воспроизвести некоторые результаты, в том числе работу группы Гроссмана, показавшую, что ТИ может модулировать гиппокамп и улучшать консолидацию памяти.

«Очень сложно сказать, почему тот или иной результат не может быть воспроизведен», — говорит Гроссман. Но он считает, что есть убедительные доказательства того, «что TI может избирательно модулировать области мозга».

Маром Биксон, нейроинженер из Городского колледжа Нью-Йорка, говорит, что его воодушевляют «фантазия и энтузиазм» вокруг TI, и он приветствует проведение большего количества рандомизированных исследований, которые могут приблизить его к клиническому применению. «Нам абсолютно необходимо использовать стимуляцию мозга для лечения этих заболеваний», — говорит он. «Если TI окажется победителем, это будет единственное, что имеет значение».