Ученые доказали, что транскраниальная световая стимуляция (tLS) ближним инфракрасным светом (1064 нм) одновременно подавляет нейрональную возбудимость и усиливает мозговой кровоток за счет активации интернейронов с нейромедиатором в виде гамма-аминомасляной кислоты и оксида азота (NO). Это открытие предлагает новый неинвазивный метод коррекции нейрососудистых нарушений при инсульте, эпилепсии и нейродегенеративных заболеваниях. Результаты опубликованы в bioRxiv.
МРТ-совместимая установка для точной транскраниальной световой стимуляции с 10-канальным лазерным массивом и системой пространственной привязки. Credit: Chenguang Zhao et al / bioRxiv 2025
Традиционные методы нейромодуляции (например, транскраниальная магнитная стимуляция) часто вызывают дисбаланс между нейрональной активностью и кровоснабжением. tLS же синхронно влияет на оба процесса через единый механизм: Торможение нейронов: свет активирует GABA-ергические интернейроны, что подтверждается снижением амплитуды N100-компонента TMS-ЭЭГ и увеличением крутизны апериодического спектра ЭЭГ. Усиление кровотока: через выделение NO сосудистыми гладкомышечными клетками, что приводит к вазодилатации (увеличение кровотока на 15-20% в целевой зоне).
«Мы обнаружили парадоксальный эффект: свет снижает возбудимость коры, но при этом усиливает ее метаболическую поддержку через вазодилатацию. Это похоже на систему «тормозов с подогревом» — мозг получает больше кислорода именно тогда, когда его активность искусственно подавлена», — объясняет ведущий автор исследования Чжэн Чен из Китайского института исследований мозга.
Исследователи разработали МРТ-совместимую систему tLS с точной пространственной привязкой, которая позволила в реальном времени отслеживать изменения в: Гемодинамике (фМРТ, ASL): увеличение BOLD-сигнала и церебрального кровотока (CBF) в зонах с плотностью энергии >10⁻⁶ Дж/см³. Метаболизме (CMRO₂): рост потребления кислорода на 12% даже после окончания стимуляции. Электрической активности (ЭЭГ, TMS-ЭЭГ): снижение мощности бета-ритмов и кортикальной возбудимости. Фотон-транспортное моделирование показало, что свет достигает глубины 16±1.2 мм в сером веществе, при этом биологический эффект коррелирует с глубиной проникновения (r=0.38, p=0.024).
Перспективы применения заключаются в: Нейропротекция- при ишемическом инсульте комбинация подавления возбудимости и усиления кровотока может защитить пенумбру. Эпилепсия- локальное повышение GABA-ергического тонуса без лекарств. Болезнь Альцгеймера- улучшение метаболической поддержки нейронов.
«Сейчас мы тестируем tLS на пациентах с постинсультной спастичностью. Предварительные данные показывают снижение гипервозбудимости моторной коры уже после 5 сеансов», — добавляет соавтор работы Ци Янь.
Это исследование представляет собой настоящий прорыв, поскольку впервые научно доказало двойное воздействие транскраниальной световой стимуляции на нейрососудистую единицу человека — одновременное подавление нейрональной активности и усиление мозгового кровотока. Особую ценность работе придает разработанный алгоритм MC-моделирования, учитывающий индивидуальные анатомические особенности черепа каждого пациента, что обеспечивает точность воздействия.
Важным преимуществом метода стала его безопасность — используемая мощность 250 мВт/см² существенно ниже порога теплового повреждения тканей. Однако авторы отмечают, что пока изучены лишь острые эффекты воздействия, и для полного понимания потенциала технологии необходимы дополнительные исследования долгосрочных последствий такой стимуляции.
Текст: Полина Ложкина
Effect of Transcranial Light Stimulation on the Neurovascular Unit in the Human Brain by Chenguang Zhao, Zhilin Li, Zhaohuan Ding, et al., bioRxiv (2025) DOI:10.1101/2025.04.23.649937
