Träffar målet med icke-invasiv djup hjärnstimulering: Potentiell terapi för missbruk, depression och tvångssyndrom

by Albert
En modellbild av den utvalda djupa hjärnzonen, striatum, som är en nyckelspelare i belönings- och förstärkningsmekanismer. Kredit: EPFL

Neurologiska sjukdomar som missbruk, depression och tvångssyndrom (OCD) drabbar miljontals människor över hela världen och kännetecknas ofta av komplexa sjukdomar som involverar flera hjärnregioner och hjärnkretsar. Dessa tillstånd är notoriskt svåra att behandla på grund av hjärnfunktionernas komplicerade och svårförståeliga natur och utmaningen med att leverera behandlingar till djupa hjärnstrukturer utan invasiva ingrepp.

Inom det snabbt växande området neurovetenskap är icke-invasiv hjärnstimulering ett nytt hopp för att förstå och behandla en mängd neurologiska och psykiatriska tillstånd utan kirurgiska ingrepp eller implantat. Forskare under ledning av Friedhelm Hummel, som innehar Defitchech Chair of Clinical Neuroengineering vid EPFL:s School of Life Sciences, och postdoktor Pierre Vassiliadis, är pionjärer inom området och öppnar nya möjligheter för behandling av tillstånd som missbruk och depression.

Deras forskning, som utnyttjar transcranial Temporal Interference Electric Stimulation (tTIS), riktar sig specifikt mot djupa hjärnregioner som är kontrollcentra för flera viktiga kognitiva funktioner och involverade i olika neurologiska och psykiatriska sjukdomar. Forskningen, som publiceras i Nature Human Behaviour, belyser det tvärvetenskapliga tillvägagångssättet som integrerar medicin, neurovetenskap, beräkning och teknik för att förbättra vår förståelse av hjärnan och utveckla potentiellt livsförändrande behandlingar.

”Invasiv djup hjärnstimulering (DBS) har redan framgångsrikt tillämpats på de djupt liggande neurala kontrollcentren för att minska beroende och behandla Parkinsons sjukdom, OCD eller depression”, säger Hummel. ”Den stora skillnaden med vår metod är att den är icke-invasiv, vilket innebär att vi använder lågnivå elektrisk stimulering i skalpen för att rikta in oss på dessa regioner.”

Vassiliadis, som är huvudförfattare till artikeln och läkare med en gemensam doktorsexamen, beskriver tTIS som att man använder två par elektroder som fästs på skalpen för att applicera svaga elektriska fält inuti hjärnan.

”Hittills har vi inte kunnat rikta in oss specifikt på dessa regioner med icke-invasiva tekniker, eftersom de elektriska fälten på låg nivå skulle stimulera alla regioner mellan skallen och de djupare zonerna – vilket skulle göra alla behandlingar ineffektiva. Med den här metoden kan vi selektivt stimulera djupa hjärnregioner som är viktiga vid neuropsykiatriska störningar”, förklarar han.

Den innovativa tekniken bygger på konceptet temporal interferens, som ursprungligen undersöktes i gnagarmodeller och nu framgångsrikt översatts till mänskliga tillämpningar av EPFL-teamet. I det här experimentet ställs ett elektrodpar in på en frekvens på 2 000 Hz, medan ett annat ställs in på 2 080 Hz. Tack vare detaljerade beräkningsmodeller av hjärnans struktur placeras elektroderna specifikt på skalpen för att säkerställa att deras signaler korsar varandra i målområdet.

En modellbild av den djupa hjärnzon som är målet, striatum, en nyckelspelare i belönings- och förstärkningsmekanismer. Kredit: EPFL

En modellbild av den djupa hjärnzon som är målet, striatum, en nyckelspelare i belönings- och förstärkningsmekanismer. Kredit: EPFL

Det är vid denna tidpunkt som interferensens magi uppstår: den lilla frekvensskillnaden på 80 Hz mellan de två strömmarna blir den effektiva stimuleringsfrekvensen inom målzonen. Det geniala med denna metod är dess selektivitet; de höga basfrekvenserna (t.ex. 2 000 Hz) stimulerar inte den neurala aktiviteten direkt, utan lämnar den mellanliggande hjärnvävnaden opåverkad och fokuserar effekten enbart på målområdet.

Fokus för den senaste forskningen är striatum hos människan, en nyckelspelare i mekanismerna för belöning och förstärkning. ”Vi undersöker hur inlärning genom förstärkning, dvs. hur vi lär oss genom belöningar, kan påverkas genom att rikta in sig på specifika hjärnfrekvenser”, säger Vassiliadis. Genom att stimulera striatum med 80 Hz upptäckte teamet att de kunde störa dess normala funktion, vilket direkt påverkade inlärningsprocessen.

Den terapeutiska potentialen i deras arbete är enorm, särskilt för tillstånd som missbruk, apati och depression, där belöningsmekanismer spelar en avgörande roll. ”Vid missbruk, till exempel, tenderar människor att överdrivet närma sig belöningar. Vår metod skulle kunna bidra till att minska denna patologiska överbetoning”, säger Vassiliadis, som också är forskare vid UCLouvains Institute of Neuroscience.

Dessutom undersöker teamet hur olika stimuleringsmönster inte bara kan störa utan också potentiellt förbättra hjärnans funktioner. ”Det första steget var att bevisa hypotesen om att 80 Hz påverkar striatum, och det gjorde vi genom att störa dess funktion. Vår forskning är också lovande när det gäller att förbättra det motoriska beteendet och öka striatumaktiviteten, särskilt hos äldre med nedsatt inlärningsförmåga”, tillägger Vassiliadis.

Hummel, som är utbildad neurolog, ser den här tekniken som början på ett nytt kapitel inom hjärnstimulering, som erbjuder individanpassad behandling med mindre invasiva metoder. ”Vi tittar på en icke-invasiv metod som gör det möjligt för oss att experimentera och individanpassa behandlingen med djup hjärnstimulering i ett tidigt skede”, säger han.

En annan viktig fördel med tTIS är dess minimala biverkningar. De flesta deltagarna i studierna rapporterade endast milda hudkänslor, vilket gör det till en mycket tolerabel och patientvänlig metod.

Hummel och Vassiliadis är optimistiska när det gäller effekterna av deras forskning. De ser framför sig en framtid där icke-invasiva neuromoduleringsbehandlingar skulle kunna vara lättillgängliga på sjukhusen och erbjuda en kostnadseffektiv och omfattande behandling.

Ytterligare information: Non-invasive stimulation of the human striatum disrupts reinforcement learning of motor skills., Nature Human Behaviour (2024). DOI: 10.1038/s41562-024-01901-z

Related Articles

Leave a Comment