تحریک عمیق مغز و تحریک فراجمجمه‌ای

DEEP BRAIN STIMULATION

Insights into the pathophysiology of movement disorders have rekindled interest in the use of focused electrical stimulation as a form of treatment. The most advanced and precise method — deep brain stimulation (DBS) — was inspired by pacemakers engineered for the heart. Instead of electrodes implanted in the heart, the electrodes of the DBS device are surgically embedded in specific brain regions. Depending on where the electrodes are placed, DBS devices can help alleviate the symptoms of some brain disorders.

تحریک عمیق مغز

بینش‌ها در مورد پاتوفیزیولوژی اختلالات حرکتی، علاقه به استفاده از تحریک الکتریکی متمرکز به عنوان نوعی درمان را دوباره برانگیخته است. پیشرفته‌ترین و دقیق‌ترین روش – تحریک عمیق مغز (DBS) – از ضربان‌سازهای قلبی الهام گرفته شده است. به جای الکترودهای کاشته شده در قلب، الکترودهای دستگاه DBS با جراحی در مناطق خاصی از مغز جاسازی می‌شوند. بسته به محل قرارگیری الکترودها، دستگاه‌های DBS می‌توانند به کاهش علائم برخی از اختلالات مغزی کمک کنند.

During most of these implantation surgeries, patients remain awake so that a neurologist can talk to them and ensure that the electrodes are stimulating the correct locations. While the patient’s head is held in place with a stereotactic frame, the surgeon drills a dime-sized hole (or smaller) in the skull. Then, a thin insulated wire with electrodes at the tip or along the shaft is inserted deep into the brain; if both sides of the brain are to receive implants, a wire is inserted into each side. In a separate surgery, a battery-operated pulse generator is implanted in the upper chest and connected to the electrodes. When the device is turned on, it starts sending electrical currents that alter the activity of the targeted brain cells.

در طول بیشتر این جراحی‌های کاشت، بیماران بیدار می‌مانند تا متخصص مغز و اعصاب بتواند با آنها صحبت کند و مطمئن شود که الکترودها مکان‌های صحیح را تحریک می‌کنند. در حالی که سر بیمار با یک قاب استریوتاکتیک در جای خود نگه داشته می‌شود، جراح سوراخی به اندازه یک سکه (یا کوچکتر) در جمجمه ایجاد می‌کند. سپس، یک سیم عایق نازک با الکترودهایی در نوک یا در امتداد محور، در اعماق مغز قرار داده می‌شود. اگر قرار باشد هر دو طرف مغز ایمپلنت دریافت کنند، یک سیم در هر طرف قرار داده می‌شود. در یک جراحی جداگانه، یک مولد پالس باتری‌دار در قسمت بالای سینه کاشته شده و به الکترودها متصل می‌شود. وقتی دستگاه روشن می‌شود، شروع به ارسال جریان‌های الکتریکی می‌کند که فعالیت سلول‌های مغزی هدف را تغییر می‌دهد.

The implanted device relies on the fact that neuronal communication uses electrical signals. In many movement disorders, an abnormal signal or pulse can gain control of a circuit and can easily become magnified. Like someone shouting in a crowded room, this aberrant signal can drown out other activity. DBS interrupts the shouting, so that normal communication can continue.

دستگاه کاشته شده بر این واقعیت متکی است که ارتباط عصبی از سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌کند. در بسیاری از اختلالات حرکتی، یک سیگنال یا پالس غیرطبیعی می‌تواند کنترل یک مدار را به دست گیرد و به راحتی بزرگنمایی شود. مانند کسی که در یک اتاق شلوغ فریاد می‌زند، این سیگنال نابجا می‌تواند فعالیت‌های دیگر را خفه کند. DBS فریاد را قطع می‌کند، به طوری که ارتباط عادی می‌تواند ادامه یابد.

To determine where brain activity needs to be silenced or induced, neurosurgeons must identify the locations of the problems. The brain areas first targeted for tremors and Parkinson’s disease were chosen after years of pains- taking neuroimaging, neuroanatomy, and fundamental research, especially in nonhuman primate models. Since then, deep brain stimulation has been used to treat epilepsy, dystonia, Tourette’s syndrome and, more recently, obsessive-compulsive disorder. Now researchers are investigating whether the DBS technique can potentially be extended to mood disorders such as treatment-resistant depression, as well as other complex mental disorders.

برای تعیین اینکه فعالیت مغز در کجا باید خاموش یا القا شود، جراحان مغز و اعصاب باید محل مشکلات را شناسایی کنند. نواحی مغزی که ابتدا برای لرزش و بیماری پارکینسون هدف قرار گرفتند، پس از سال‌ها تصویربرداری عصبی، کالبدشناسی عصبی و تحقیقات بنیادی طاقت‌فرسا، به ویژه در مدل‌های غیرانسانی نخستی‌ها، انتخاب شدند. از آن زمان، تحریک عمیق مغز برای درمان صرع، دیستونی، سندرم تورت و اخیراً اختلال وسواس فکری-عملی استفاده شده است. اکنون محققان در حال بررسی این موضوع هستند که آیا تکنیک DBS می‌تواند به طور بالقوه به اختلالات خلقی مانند افسردگی مقاوم به درمان و همچنین سایر اختلالات روانی پیچیده گسترش یابد یا خیر.

Yet DBS, like any surgical procedure, is not without some risks. It is highly invasive, and potential complications include infection, stroke, and bleeding in the brain. It also requires regular neurological follow-up and battery changes every 3 to 4 years.

با این حال، DBS، مانند هر عمل جراحی، بدون خطر نیست. این روش بسیار تهاجمی است و عوارض احتمالی آن شامل عفونت، سکته مغزی و خونریزی در مغز است. همچنین نیاز به پیگیری منظم عصبی و تعویض باتری هر 3 تا 4 سال دارد.

Deep brain stimulation uses electrodes implanted deep in the brain, which carry electric impulses to specific brain regions. The power packs that provide the electricity are implanted in the patient’s back, as seen in this X-ray.

تحریک عمیق مغز از الکترودهایی استفاده می‌کند که در اعماق مغز کاشته می‌شوند و تکانه‌های الکتریکی را به مناطق خاصی از مغز منتقل می‌کنند. همانطور که در این عکس رادیولوژی دیده می‌شود، بسته‌های قدرتی که برق را تأمین می‌کنند، در پشت بیمار کاشته می‌شوند.

PSYCHOACTIVE THERAPIES

Transcranial Stimulation

A few noninvasive treatments can stimulate cells near the surface of the brain: Transcranial magnetic stimulation (TMS), transcranial direct current stimulation (tDCS), and transcranial alternating current stimulation (tACS) all use magnetic fields or low electrical currents to alter neural activity in a specific region of the human cortex and, indirectly, deeper brain structures to which it connects.

درمان‌های روان‌فعال

تحریک فراجمجمه‌ای

چند درمان غیرتهاجمی می‌توانند سلول‌های نزدیک سطح مغز را تحریک کنند: تحریک مغناطیسی فراجمجمه‌ای (TMS)، تحریک جریان مستقیم فراجمجمه‌ای (tDCS) و تحریک جریان متناوب فراجمجمه‌ای (tACS) همگی از میدان‌های مغناطیسی یا جریان‌های الکتریکی ضعیف برای تغییر فعالیت عصبی در ناحیه خاصی از قشر مغز انسان و به طور غیرمستقیم، ساختارهای عمیق‌تر مغز که به آن متصل هستند، استفاده می‌کنند.

During TMS therapy, patients sit in a chair while a nurse or technician places a magnetic stimulator against their head. The device painlessly delivers brief magnetic pulses to the brain, similar in strength to those generated by magnetic resonance imaging (MRI) devices, but highly targeted. For patients with depression, pulses are focused over their left prefrontal cortex. Here, they generate electrical currents among neurons which, over time, help lift the patient’s mood.

در طول درمان TMS، بیماران روی صندلی می‌نشینند در حالی که یک پرستار یا تکنسین یک محرک مغناطیسی را روی سر آنها قرار می‌دهد. این دستگاه بدون درد، پالس‌های مغناطیسی کوتاهی را به مغز ارسال می‌کند که از نظر قدرت مشابه پالس‌های تولید شده توسط دستگاه‌های تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) هستند، اما بسیار هدفمند. برای بیماران مبتلا به افسردگی، پالس‌ها روی قشر جلوی مغز چپ آنها متمرکز می‌شوند. در اینجا، آنها جریان‌های الکتریکی را در بین نورون‌ها ایجاد می‌کنند که به مرور زمان به بهبود خلق و خوی بیمار کمک می‌کنند.

Similarly, tDCS uses one or two milliamperes of direct current to tune the brain. Although research into tDCS and its close cousin, tACS, is in its early stages, these techniques offer clear advantages over deep brain stimulation and even over TMS. Generally, patients report only a slight tingling or tapping feeling on their head as the therapy is administered. The devices used to administer these therapies are also cheaper, more portable, and lower -tech compared to TMS and DBS.

به طور مشابه، tDCS از یک یا دو میلی‌آمپر جریان مستقیم برای تنظیم مغز استفاده می‌کند. اگرچه تحقیقات در مورد tDCS و پسرعموی نزدیک آن، tACS، در مراحل اولیه خود است، اما این تکنیک‌ها مزایای آشکاری نسبت به تحریک عمیق مغز و حتی نسبت به TMS دارند. به طور کلی، بیماران هنگام انجام درمان فقط احساس سوزن سوزن شدن یا ضربه زدن جزئی روی سر خود گزارش می‌دهند. دستگاه‌هایی که برای انجام این درمان‌ها استفاده می‌شوند نیز در مقایسه با TMS و DBS ارزان‌تر، قابل حمل‌تر و با فناوری پایین‌تر هستند.

A number of studies have suggested that tDCS and tACS might be used to improve working memory as well as to relieve chronic pain and the symptoms of depression, fibromyalgia, schizophrenia, and other disorders. However, despite the substantial literature, meta-analyses have failed to conclusively prove any effects of transcranial electrical stimulation. Currently, there is no consensus among scientists on how these treatments might work, or even on the best way to position the stimulation devices.

تعدادی از مطالعات نشان داده‌اند که tDCS و tACS ممکن است برای بهبود حافظه کاری و همچنین تسکین درد مزمن و علائم افسردگی، فیبرومیالژیا، اسکیزوفرنی و سایر اختلالات استفاده شوند. با این حال، علیرغم وجود مقالات فراوان، متاآنالیزها نتوانسته‌اند به طور قطعی هیچ گونه اثری از تحریک الکتریکی ترانس کرانیال را اثبات کنند. در حال حاضر، هیچ اجماعی بین دانشمندان در مورد نحوه عملکرد این درمان‌ها یا حتی بهترین روش برای قرار دادن دستگاه‌های تحریک وجود ندارد.