Przezczaszkowe pulsacyjne USG

Przezczaszkowe pulsacyjne ultradźwięki (TPU) wykorzystują ultradźwięki o niskiej intensywności i niskiej częstotliwości (LILFU) do stymulacji mózgu. W 2002 roku dr Alexander Bystritsky po raz pierwszy zaproponował ideę, że ta metodologia zawiera korzyści terapeutyczne. Począwszy od 2008 roku, dr William Tyler i jego zespół badawczy z Arizona State University rozpoczęli badania i rozwój tej alternatywnej neuromodulacji bez szkodliwych skutków i ryzyka inwazyjnej operacji. Odkryli, że to ultradźwięki o niskiej mocy są w stanie stymulować wysoką aktywność neuronów, co pozwala na manipulację falami mózgowymi za pośrednictwem zewnętrznego źródła. W przeciwieństwie do głębokiej stymulacji mózgu lub stymulacji nerwu błędnego , które wykorzystują implanty i impulsy elektryczne, TPU jest nieinwazyjną i skoncentrowaną procedurą, która nie wymaga wszczepiania elektrod które mogą uszkodzić tkankę nerwową. Jego zastosowanie ma zastosowanie w różnych dziedzinach, w tym między innymi w naukach medycznych i wojskowych. Chociaż technologia ta ma ogromny potencjał do wprowadzenia nowych i korzystnych alternatyw dla konwencjonalnej manipulacji mózgiem, jest stosunkowo młodą nauką i ma pewne przeszkody w jej pełnym rozwoju, takie jak brak pełnego zrozumienia i kontroli każdego środka bezpieczeństwa.

Badania i zastosowania

Większość badań od 2010 roku dotyczyła projektów wykorzystania TPU jako metody leczenia zaburzeń nerwowych i poprawy funkcji poznawczych. Jednak w 2012 roku dr Tyler rozpoczął również badania nad potencjałem ultradźwięków w powstrzymywaniu napadów padaczkowych. Dr Tyler i jego zespół wciąż poszerzają swoją wiedzę na temat terapii stymulacji mózgu i mają nadzieję, że zapewnią solidne podstawy do wdrażania takich metod.

Dziedzina medycyny

Naukowcy nadal testują różne ssaki, takie jak ludzie, małpy i myszy, pod kątem pozytywnego wpływu na leczenie padaczki, choroby Parkinsona, przewlekłego bólu, śpiączki, dystonii, psychoz i depresji poprzez zastosowanie bezpiecznej TPU o niskiej intensywności. Ponieważ potencjał tej technologii obejmuje szeroki zakres korzyści, oczekuje się, że dalsze badania nad jej bezpieczeństwem i skutecznością przyspieszą jej integrację ze standardową praktyką medyczną.

Wojskowy

Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obronie ( DARPA ) prowadzi badania mające na celu opracowanie hełmu, który mógłby kontrolować stres psychiczny żołnierzy dzięki zastosowaniu TPU. Może potencjalnie złagodzić poziom stresu i niepokoju żołnierza. Fale dźwiękowe byłyby skierowane na określone obszary mózgu, aby stymulować aktywność w obszarach o wielkości zaledwie kilku milimetrów sześciennych. To pozwoliłoby im celować w bardzo określone obszary mózgu z dużą dokładnością i bez powodowania szkód w jego otoczeniu. Obecnie trwają prace nad prototypem tego urządzenia, które ma poprawić zdolności i potencjał żołnierzy.

Testowanie

Konwencjonalne ultradźwięki używane do analizy anatomicznej zazwyczaj wykorzystują fale o częstotliwości około 20 MHz do penetracji tkanki ciała i tworzenia obrazów. Dla porównania, niska częstotliwość TPU ma ekspozycję subtermiczną około 5,7 MHz. Znacznie zmniejszając częstotliwość fal, można manipulować pobudliwą tkanką bez nadmiernej ekspozycji lub wykrywalnych uszkodzeń. Naukowcy odkryli, że skupienie się na docelowych obszarach mózgu u zwierząt zostało udowodnione, że zmienia ich zachowanie, właściwości elektryczne ich komórek ( elektrofizjologia ) i ich plastyczność synaptyczną , która jest zasadniczo zdolnością neuronów do funkcjonowania.

Na przykład, gdy skupiono się na korze ruchowej myszy, wykazano, że TPU indukuje ruchy łap bez zmiany struktury lub funkcji tego obszaru mózgu. Dowodzi to, że metoda ta jest w stanie kontrolować aktywność mózgu na wysokim poziomie poznawczym. Oczywiste jest, że krótsze fale są w stanie aktywować aktywność neuronów, podczas gdy dłuższe fale ją hamują. Jednak mechanizm odpowiedzialny za tę reakcję nie został jeszcze odkryty. Niedawna wiodąca hipoteza głosi, że mechaniczna manipulacja błonami wrażliwymi na rozciąganie w rzeczywistości stymuluje pewne kanały jonowe bramkowane napięciem, takie jak sód lub wapń, modulując w ten sposób aktywność neuronów.

Ograniczenia

Badania kliniczne zostały wykorzystane do określenia wszelkich wyjątkowych szkodliwych skutków. Chociaż żaden z badanych nie wykazywał długotrwałych nieprawidłowości neurologicznych w wyniku tych testów, jest to stosunkowo nowa procedura i nie została wystarczająco zbadana, aby przewidzieć długoterminowe skutki uboczne. Mimo że jest to bezpieczniejsza alternatywa dla operacji, ponieważ jest nieinwazyjna, ultradźwięki zawsze mogą przypadkowo zdezorganizować neurony w szkodliwy sposób i spowodować niewielkie krwotoki po długotrwałym narażeniu.

Korzyści terapeutyczne

W przeciwieństwie do ultradźwięków o wysokiej częstotliwości, LILFU ma następujące zalety: mniejsza absorpcja w tkance, większa fizyczna głębokość penetracji w tkance, silniejsze odchylanie cząstek, znacznie lepsza penetracja akustyczna i moc w kościach, większy wpływ na efekty kinetyczne, natychmiastowe/krótkoterminowe wyniki efektów , dłuższe/utrzymujące się efekty po zabiegu i wyższy stopień bezpieczeństwa pacjenta.