SII «Creando enfermedades cerebrales con ultrasonido»


Mecanismo de neuromodulación por estimulación ultrasónica.  (Foto = SII)

Mecanismo de neuromodulación por estimulación ultrasónica. (Foto = SII)


[충남일보 김현수 기자] Un equipo de investigación indígena ha propuesto un nuevo método para controlar los nervios craneales mediante estimulación ultrasónica sin cirugía.


El Instituto de Ciencias Básicas (IBS) ha desarrollado tecnología para controlar los nervios craneales mediante dos formas de estimulación ultrasónica que imitan las ondas cerebrales. En comparación con los métodos no invasivos existentes que utilizan estimulación electromagnética, puede estimular eficazmente las partes más profundas del cerebro y el efecto dura mucho tiempo, por lo que se espera que se utilice para el tratamiento de enfermedades cerebrales y en investigaciones relacionadas.


Nuestro cerebro tiene la capacidad de ajustar su función y forma en respuesta a cambios en el entorno interno y externo. Esto se debe a una característica clave del cerebro llamada «neuroplasticidad», en la que las conexiones entre las células nerviosas se ajustan a diferentes estímulos y potencia de transmisión de señales. Utilizando esto, se han desarrollado varios métodos para tratar enfermedades cerebrales como la depresión y la epilepsia mediante el control de la actividad nerviosa con estimulación electromagnética, luminosa y sonora.


Sin embargo, los procedimientos quirúrgicos, como la inserción de electrodos metálicos en el cerebro, pueden provocar efectos secundarios como daño e infección del tejido cerebral. Los métodos no invasivos ampliamente utilizados recientemente que utilizan estimulación electromagnética desde fuera del cuerpo, como la estimulación magnética transcraneal o la estimulación transcraneal de corriente continua, tienen baja penetración cerebral y resolución espacial, lo que dificulta el control de los nervios en regiones específicas del cerebro. y regiones profundas del cerebro.



El equipo de investigación se centró en la tecnología de neuromodulación ultrasónica como forma de superar las limitaciones de las técnicas de neuromodulación existentes. El ultrasonido puede estimular con precisión áreas profundas del cerebro. Además de estas características del ultrasonido, este estudio utilizó un nuevo método de ultrasonido que simula el patrón de ondas cerebrales reales.


Primero, el equipo de investigación utilizó ultrasonido de baja intensidad de 500 kilohercios (kHz) para generar ondas que combinan ondas theta y gamma, que se sabe que son importantes para las funciones cognitivas de nuestro cerebro. La estimulación con ultrasonido de baja intensidad tiene la ventaja de no tener efectos secundarios como daño tisular debido al calor durante el procedimiento. Luego, mediante el análisis de las ondas cerebrales, se confirmó que el ultrasonido, un estímulo mecánico, en realidad activa las ondas cerebrales en el cerebro en forma de señales eléctricas de la misma longitud de onda.


En base a esto, desarrollamos dos tecnologías de control que implementan cambios en la actividad cerebral: refuerzo o supresión. Esta tecnología puede controlar la actividad cerebral mediante el uso de diferentes formas de energía ultrasónica, como un método de estimulación continua que proporciona estimulación continua según la actividad cerebral y un método intermitente que proporciona estimulación repetida a intervalos regulares.


El equipo de investigación utilizó dos tipos de estimulación ultrasónica en un modelo animal experimental y descubrió que el uso de una forma intermitente de ultrasonido inducía un efecto excitador duradero en áreas específicas del cerebro. Por el contrario, se confirmó que el uso de un régimen de estimulación continua inducía un efecto inhibidor duradero. Estos efectos persistieron mucho después de que terminó la estimulación.


El canal de calcio TRPA1 y el canal iónico dependiente de calcio BEST1 en células no neuronales participan en la actividad de control nervioso bilateral estimulada por ultrasonido. Cuando la ecografía induce TRPA1, que media la absorción de calcio intracelular, la concentración de calcio intracelular aumenta y se activa el BEST1 que responde al calcio, lo que estimula el ácido glutámico y los factores nerviosos cerebrales. Luego, la actividad de las células nerviosas está regulada por la actividad de los receptores de glutamato como NMDAR y AMPAR.



Además, el equipo de investigación logró mejorar la adquisición de habilidades motoras y la capacidad de memoria en ratones mediante la estimulación ultrasónica de patrones de simulación de ondas cerebrales intermitentes en experimentos de comportamiento con ratones. Las ratas que recibieron estimulación ultrasónica intermitente de la corteza motora cerebral que simulaba ondas cerebrales mostraron mayores tasas de recuperación de alimentos y capacidad de aprendizaje en un corto período de tiempo en un experimento en el que recibieron comida en un breve intervalo detrás de una pared acrílica transparente. Esto sugiere que la tecnología de control de los nervios craneales que utiliza estimulación ultrasónica puede ser eficaz para mejorar la función cognitiva del cerebro.


Joo-Min Park, investigador de IPS, Ho-Jeong Kim, estudiante investigador de IPS y Pan Tui-Tian, ​​investigador de IPS.

El investigador Joo-Min Park, el estudiante investigador Ho-Jeong Kim y el investigador Pan Tui-Tien.


El investigador Park Joo-min dijo: «A través de este estudio, no solo desarrollamos una nueva tecnología de neuromodulación con efectos seguros y duraderos, sino que también revelamos el mecanismo molecular del cambio en la neuromodulación ultrasónica» y «el tratamiento de enfermedades cerebrales relacionadas». a la excitabilidad e inhibición cerebral anormal, «que en la investigación para mejorar la función cognitiva esperamos que se utilice».


Los resultados de este estudio se publicaron en la revista académica internacional 'Science Advances' el día 24.




























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