Китайские ученые из Технологического университета Ченду и Научно-технического университета Хуачжун разработали новую систему стимулирующих катушек для транскраниальной магнитной стимуляции мозга. Индуцированный электрический ток в новой конструкции проникает в более глубокие ткани мозга, чем у предыдущих устройств. Это позволит исследовать причины и возможные методы лечения многих психических заболеваний, включая большое депрессивное расстройство. Результаты исследования опубликованы в AIP Advances.
Трехмерное изображение новой пространственно-симметричной матрицы, основанной на изогнутых катушках θ-типа (θ-SSA). Credit: Xiao Fang, AIP Advances
Для неинвазивного лечения используются различные устройства. Одно из таких устройств – транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС). Это неинвазивная форма стимуляции мозга, при которой изменяющееся магнитное поле используется для индуцирования электрического тока в определенной области мозга с помощью электромагнитной индукции. ТМС не вызывает никаких болевых ощущений и может применяться как для торможения, так и для активации различных зон мозга, не доставляя дискомфорт пациенту.
ТМС нашла свое применение в планировании нейрохирургических операций, в борьбе с тяжелым депрессивным расстройством, в помощи при лечении болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и других психическихзаболеваний, включая шизофрению и обсессивно-компульсивное расстройство.
До недавних пор в более глубокие слои мозга можно было добраться при помощи H-образных катушек, но и они проникали всего лишь на расстояние около 6 см. Ученые из Китая решили проверить, смогут ли измененные формы катушек дать преимущества над традиционными катушками в области глубокой стимуляции мозга.
Новое изобретение представляет собой матрицу, состоящую из четырех медных катушек, имеющих 16 витков и 4 слоя. Общее количество витков в ней составляет 4х4. Каждая катушка θ-типа расположена по касательной к коже головы человека и отогнута, чтобы уменьшить накопление индуцированного электронного поля и улучшить фокусировку стимуляции. Пространственно-симметричная структура матрицы усиливает эффект индуцированного электрического поля в глубоких отделах мозга, а двухслойная конструкция матрицы еще больше увеличивает глубину стимуляции. Частота тока возбуждения, подаваемого в матрицу, была установлена на уровне 5 кГц.
Трехмерное пространственное изображение распределения индуцированного электрического поля, генерируемого (а) катушкой θ-SSA и (b) катушкой FOE. Credit: Xiao Fang, AIP Advances
В исследовании задействовались два вида катушек — новая θ-SSA и традиционная круглая FOE. Магнитное поле, генерируемое катушкой FOE, было сосредоточено в поверхностных тканях мозга, тогда как θ-SSA проникало значительно глубже. Ученые показали, что глубина стимуляции новой матрицы в 1,67 раза больше, чем у традиционной катушки. Специальная геометрическая конструкция позволила стимулировать мозг на расстоянии 11 сантиметров глубже волосистой части головы, тогда как магнитное поле катушки FOE проникало вглубь примерно на 6 сантиметров.
Благодаря этому исследованию ученые и врачи смогут добраться до вентромедиальной префронтальной области коры головного мозга (vmPFC), которая расположена в 7 сантиметрах под кожей головы. Это поможет в лечении большого депрессивного расстройства и других заболеваний нервной системы.
Текст: Александра Безродная
Non-invasive focalized stimulation in deep brain using the spatially symmetric array by Xiao Fang at al. in AIP Advances. Published November 2022.
DOI: doi.org/10.1063/5.0121692
Материал подготовлен в рамках совместного проекта с инфраструктурным центром «Нейронет». В нем мы освещаем мировые достижения в области нейротехнологий, нейроразвлечений и спорта, а также нейрообразования.
