Ученые разработали новый метод нейромодуляции с помощью микроволн, который позволяет как подавлять, так и стимулировать активность нейронов без имплантации электродов. Исследователи обнаружили, что микроволны в диапазоне 0,9–3 ГГц могут воздействовать на глубокие структуры мозга, вызывая либо торможение (нетепловой механизм), либо возбуждение (тепловой механизм) нейронов в зависимости от режима излучения. Этот подход открывает перспективы для создания неинвазивных устройств для лечения эпилепсии и хронической боли. Результаты опубликованы в bioRxiv.
Проверка микроволнового воздействия на клеточные культуры нейронов с отслеживанием изменения их активности. Credit: Carolyn Marar et al. / bioRxiv 2025
«Мы показали, что короткие импульсные микроволны подавляют нейроны без нагрева, а непрерывное излучение вызывает их деполяризацию за счет теплового эффекта. При этом для торможения требуется меньшая мощность, чем для стимуляции – это уникальное свойство микроволновой нейромодуляции», – поясняют авторы работы.
Современные методы нейромодуляции (типа глубокой стимуляции мозга, DBS) требуют хирургической имплантации электродов, что сопряжено с рисками инфекций, поломок устройства и необходимостью повторных операций. Альтернативные неинвазивные методы (например, транскраниальная магнитная стимуляция) обладают низкой точностью. Микроволны же сочетают глубокое проникновение в ткань мозга с возможностью локального воздействия.
Ученые создали миниатюрную антенну (MRA), которая усиливает микроволновое поле, позволяя использовать малые мощности и избегать помех при записи нейрональной активности. Эксперименты на культуре нейронов крыс показали: импульсные микроволны (10 Гц) снижали активность нейронов на 20–27% без нагрева. Непрерывные микроволны (1 секунда) вызывали деполяризацию за счет быстрого нагрева, активируя термочувствительные ионные каналы.
Метод может стать основой для беспроводных терапевтических устройств, например, для подавления эпилептических приступов или купирования хронической боли. Кроме того, исследование важно для пересмотра стандартов безопасности, так как доказывает нетепловое воздействие микроволн (например, от смартфонов) на нейроны.
«Следующий шаг – изучение молекулярных механизмов микроволнового торможения и разработка клинических прототипов», — отмечают авторы.
Текст: Полина Ложкина
Bi-modal microwave neuromodulation via thermal and nonthermal mechanisms by Carolyn Marar et al., bioRxiv (2025) DOI:10.1101/2025.03.26.645466
Ученые Школы биомедицины Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и центра НТИ ДВФУ по нейротехнологиям,VR и AR вместе с ведущими мировыми экспертами предлагают пересмотреть сложившуюся практику терапии…
Исследования на животных и человеке показывают, что нарушения в гиппокампе и белом веществе при эпилепсии коррелируют с выраженностью дисфункции памяти. Тому, как при этом расстройстве…
Количество методов для изучения глубоких нейронных сетей головного мозга и связанного с их активностью поведения довольно ограничено. До недавнего времени одним из самых популярных методов…
ООО «Моторика НЕМО» (группа компаний «Моторика») получила бессрочные регистрационные удостоверения на медицинские изделия, входящие в систему стимуляции блуждающего нерва (VNS) производства компании Rishena. Устройства используются…
Каждый день множество людей хотят избавится от пагубной привычки, но возвращаются к курению снова и снова. Неинвазивная стимуляция мозга (NIBS) поможет улучшить показатели воздержания от…
Международный научный коллектив изучил, как электрическая стимуляция кожных нервных волокон (афферентов) влияет на обработку сигналов у обезьян. Исследование показало, что электрическое воздействие нарушает работу сенсомоторных нейронных сетей…
Исследователи из Санкт-Петербургского Политехнического университета Петра Великого (Санкт-Петербург) показали, что оптогенетическое стимулирование астроцитов гиппокампа может оказать положительное влияние на протекание болезни Альцгеймера. По крайней мере,…
Команда нейробиологов из Колумбийского университета в Нью Йорке впервые показала, что поведение можно контролировать, активируя всего несколько клеток в коре головного мозга. Как им это…
Ученые из Нидерландов проверили, как изменяется активность мозга при магнитной стимуляции лобной коры, когда участники эксперимента выполняли тест на память. Оказалось, что при стимуляции уменьшается бета-активность…
В обзорной статье, опубликованной в Neuroscience & Biobehavioral Reviews, международный коллектив авторов рассматривает преимущества метода транскраниальной стимуляции случайным шумом для того, чтобы изучать когнитивные способности человека…
