{youtube}1TCXm0wCgiQ{/youtube}
Deze video toont een beeld van zich verspreidende depressie-verspreide depolarisatie in de hersenen van een rat. De afbeelding bovenaan laat een spreidingsdepressie zien zonder enige interventie. Het beeld onderaan toont spreidingsdepressie met elektrische stroominterventie. Het veld verspreidt zich dieper maar niet zo ver op het oppervlak van de hersenen, waardoor in wezen de progressie van de zich verspreidende depressie wordt afgesneden.
Onderzoekers hebben de elektrische activiteit geïdentificeerd die specifiek is voor het begin van migraine en hebben een manier aangetoond om dit te stoppen bij dierproeven.
"Aanvallen en migraine zijn twee heel verschillende hersenstoornissen", zegt Steven J. Schiff, hoogleraar techniek in de afdelingen neurochirurgie, technische wetenschappen en mechanica, en natuurkunde in Penn State.
"We ontdekten dat de zich uitbreidende depolarisatie, ook wel spreidingsdepressie genoemd, bij migraine is een fundamenteel biofysisch fenomeen en je kunt het stoppen met elektrische stroom. Vreemd genoeg is dit de tegenovergestelde richting van de elektrische stroom die wordt gebruikt om aanvallen uit te schakelen ", zegt Schiff.
"De elektrische activiteit in de hersenen die de aura veroorzaakt, is als een rollende black-out ..."
De onderzoekers hebben migraine niet genezen, maar ze zijn dichter bij het begrijpen van het mechanisme in de hersenen dat de start veroorzaakt, of aura's, van deze hoofdpijn, die invloed hebben op ongeveer 10 procent van mannen en 22 procent van de vrouwen, volgens het Centrum voor Ziekte Controle.
Met experimenten gemotiveerd door computationele modellen van de biofysica van het verspreiden van depolarisatie, toonden de onderzoekers met succes de modulatie, onderdrukking en preventie van spreidende depolarisatie in rattenhersenen.
"De elektrische activiteit in de hersenen die de aura veroorzaakt, is als een rollende black-out," zegt Andrew J. Whalen, postdoctoraal wetenschapper aan het Centre for Neural Engineering. "Het is niet zomaar een enkele cel, maar een kettingreactie die door de hersenen gaat en zwelling veroorzaakt, en het duurt een tijdje voor mensen herstellen."
Veel migrainepatiënten ervaren deze visuele aura eerst voordat de hoofdpijn begint. Schiff en zijn team richtten zich op de elektrische activiteit die de aura veroorzaakt, omdat deze van fundamenteel belang is bij het starten van de migraine.
Aan de linkerzijde tonen de optische beelden de golf van spreidende depolarisatie in de hersenen; in het midden toont het beeld het versnellen en tekenen naar het oppervlak van de golf met negatieve stroom; en aan de rechterkant toont het beeld de opsluiting van de golf met arrestatie van de voortplanting, juist. (Credit: Schiff Lab / Penn State)
Onderzoekers weten dat het veranderen van de zoutconcentratie in de hersenen de elektrische processen van de hersenen kan veranderen. Door de kaliumconcentraties in de hersenen te veranderen, zouden de onderzoekers de verspreiding van depolarisatie kunnen triggeren.
De betrokken hersencellen hebben een centraal lichaam dat de soma wordt genoemd en een lange, antenne-achtige arm die de dendriet wordt genoemd. De twee uiteinden stellen de onderzoekers in staat de cellen te polariseren met elektrische stroom. Positieve ladingen hopen zich op aan het ene uiteinde en negatieve ladingen hopen zich op aan het andere. Hierdoor kunnen ze een elektrische stroom gebruiken om hersencelactiviteit te moduleren.
"... we kunnen het slechter maken met één stroom en we kunnen het verbeteren met de tegengestelde stroom ..."
"We dachten dat als we de eerste fase, de aura, zouden stoppen, we de rest zouden stoppen", zegt Schiff. "Uiteindelijk kwamen we tot de conclusie dat de lading die nodig was om de verspreidingdepressie te stoppen tegengesteld was aan wat we aannamen. Nadat we de tegenovergestelde lading hadden gekozen, stopte de voortgang van het fenomeen. Dit was uiteindelijk zinvol, omdat aanvallen en migraine beginnen aan tegenovergestelde uiteinden van de hersencellen. "
De onderzoekers waren in staat om een positieve lading te gebruiken om de spreidingspolarisatie te stoppen. Beeldvorming van de hersenplakjes van de rat laat zien dat de migraine-activiteit dieper in de hersenen doordringt en zich niet langer kan verspreiden, waardoor de episode effectief wordt beëindigd.
"We kwamen met een biofysisch begrip en het is van toepassing op de fundamentele fysiologie van de aura, en we kunnen het erger maken met één stroom en we kunnen het beter maken met de tegenovergestelde stroom," zegt Schiff.
Het toepassen van polarisatie zoals deze kan veilig worden gedaan in het menselijk brein en deze strategie kan worden getest in klinische onderzoeken met migrainepatiënten. De volledige migraine die patiënten ervaren, wordt echter gecompliceerder na de initiële aura.
"Men wil het brein kunnen repareren zodat het niet vatbaar is voor migraine of toevallen", zegt Bruce J. Gluckman, hoogleraar technische wetenschappen en mechanica, neurochirurgie en bio-ingenieur en associate director van het Centre for Neural Engineering. "Je hoeft geen migraine te beheersen of een depressie te verspreiden als het eenmaal is begonnen. Voor nu is dit een fundamenteel resultaat dat ons dichterbij brengt om op een belangrijke manier te kunnen ingrijpen voor deze aandoening. "
Het onderzoek verschijnt in Wetenschappelijke rapporten.
Onderzoekers van de Universiteit van Electronic Science and Technology of China; Penn State; en Humboldt University of Berlin, Duitsland hebben ook bijgedragen aan het werk.
Het Amerikaans-Duitse samenwerkingsprogramma Research in Computational Neuroscience van de National Institutes of Health; het Bundesministerium für Bildung und Forschung; en het National Institutes of Health BRAIN Initiative ondersteunde dit werk. De onderzoekers hebben een voorlopig patent aangevraagd op dit werk.
Bron: Penn State
Verwante Boeken
at InnerSelf Market en Amazon
