Как улучшить мозг. Выпуск 20: какой толк от постоянного тока?

7 августа 2019

Различные условия могут привести к повреждению церебральных сосудов и, следовательно, ухудшению работы головного мозга. Логично предположить, что его функционирование можно улучшить, если увеличить поступление глюкозы и кислорода за счёт усиления кровотока. Поэтому транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) вызывает интерес в том числе в качестве потенциальной терапии для пациентов с неврологическими нарушениями. Виктор Пулгар (Victor M. Pulgar) в своей статье для Frontiers in Systems Neuroscience кратко рассмотрел механизмы нейрогенного контроля мозгового кровотока и подчеркнул потенциал tDCS.

Нейроваскулярная единица

Одна из уникальных особенностей кровообращения в головном мозге – контакт между кровеносными сосудами, нейронами и глией. Они объединяются в структуру под названием «нейроваскулярная единица», которая представляет собой основу регуляции кровотока в зависимости от активности участков мозга. Таким образом, функциональная гиперемия означает, что кровоснабжение будет усиливаться в области с повышенной активностью.

Предполагается, что из-за тесных контактов с кровеносными сосудами астроциты играют важную роль в функциональной гиперемии. Их ножки окружают микрокапилляры мозга и могут быть посредниками во взаимодействии нейрона и сосуда. А значит – регулировать активность нервной клетки в зависимости от изменения кровотока. Глиальным клеткам приписывают сосудорасширяющую, а также сосудосуживающую функцию. Новые доказательства также указывают на то, что астроциты – важные компоненты глимфатической системы, то есть ликворного пути, благодаря которому происходит «очистка» мозга от продуктов жизнедеятельности (этот путь был открыт совсем недавно, в 2012 году).

Внимания заслуживают и перициты – клетки, расположенные за пределами микрососудов, но также находящиеся в тесном контакте с эндотелием и ножками астроцитов. Они регулируют функцию гематоэнцефалического барьера, а также потенциальных медиаторов дисфункции церебральных сосудов. В поле их деятельности – сужение, гемостаз и ангиогенез. Учитывая их сократительные свойства, перициты могут даже заменять гладкомышечные клетки в микрососудах мозга.

Дисфункция в нейроваскуляной единице может привести к патофизиологическим изменениям головного мозга. Например, нарушение связи между эндотелиальной клеткой и астроцитом или перицитом повлечёт нарушение гематоэнцефалического барьера, а изменение связи между активностью нейронов и сосудистой реакцией – развитие депрессии и других психических расстройств.

Постоянный ток и кровоснабжение мозга

tDCS в организме человека осуществляют через подачу постоянного тока сквозь кожу головы при помощи электродов. Результат процедуры зависит от размеров, полярности и положения электродов, силы тока, длительности воздействия и особенностей ткани. Учитывая тесную взаимосвязь между активностью нейронов и кровотоком, предполагается, что постоянный ток усиливает кровоснабжение мозга, как показано в исследованиях на животных (Хан и соавт., 2014) и человеке (Чжэн и соавт., 2011).

По мнению автора статьи, на электрическую стимуляцию реагируют не только нервные клетки. Это значит, что понимание действия tDCS на сосуды поможет усовершенствовать лечение заболеваний, связанных с их дисфункцией.

Среди эффектов tDCS выделяют усиление роста нейронов, их миграции, увеличение синаптической пластичности. Влияние на астроциты заключается в изменении метаболизма в зависимости от поляризации поля и приложенного напряжения. Эндотелиальные клетки выравниваются перпендикулярно направлению электрического поля, мигрируют и удлиняются. Это напрямую связано с увеличением продукции VEGF (фактора роста эндотелия сосудов), поэтому учёные предполагают, что tDCS стимулирует ангиогенез. Есть и свидетельства того, что в эффекте электрической стимуляции на нейроны нет вклада эндотелия. Что касается перицитов, их роль в эффекте tDCS на мозг пока не определена.

Постоянный ток и аугментация мозга

В исследованиях на человеке учёные отмечают потенциал tDCS в аугментации – улучшении функционирования мозга. А именно – в стимуляции памяти, когнитивной и моторной функции.

Например, ток может помочь в понимании какого-либо жеста, укрепив связь между жестом и языком (Коэн-Максимов и соавт., 2014). Это особенно актуально при аутизме, когда пациентам трудно анализировать символические жесты. Стимуляция постоянным током также облегчает изучение языка (Мэйнзер и соавт, 2014) и обучение двигательным навыкам (Цимерман и соавт., 2013), а также обработку чисел (Коэн Кадош и соавт,. 2010).

Однако не все исследования tDCS показали положительный эффект. Например, при стимуляции лобной коры нарушилось сенсомоторное обучение (Филмер и соавт., 2013), а при стимуляции мозжечка – ухудшилась рабочая память (Ферруччи и соавт,. 2008). Поэтому об улучшении моторной и когнитивной функции благодаря tDCS пока рано утверждать.

Чтобы расширить терапевтическое применение стимуляции постоянным током в дальнейшем, нужно разобраться с изменчивостью результатов разных исследований и определить параметры, которые обеспечат оптимальный эффект. А именно – понять, как метод влияет на нейронный и сосудистый компонент в отдельности.

Текст: Любовь Пушкарская

Direct electric stimulation to increase cerebrovascular function by Victor M. Pulgar in Frontiers in Systems Neuroscience. March 2015

https://doi.org/10.3389/fnsys.2015.00054

Выпуск 19: зачем нужен сон

Выпуск 18: химерный мозг

Выпуск 17: дети и стимуляция мозга

Выпуск 16: нейропротезы для воли

Выпуск 15: фМРТ-практики

Выпуск 14: стимуляция при эпилепсии

Выпуск 13: как электричество может снять боль?

Выпуск 12: что может медитация?

Выпуск 11: от человеческого мозга до мозга глобального