Глубокая стимуляция мозга (DBS), давно зарекомендовавшая себя как один из ключевых методов коррекции двигательных нарушений при болезни Паркинсона, продолжает оставаться в центре внимания нейронауки. Долгое время оставалось неясным, каким именно образом электрические импульсы, подаваемые имплантированными электродами, приводят к клиническому улучшению. Новое исследование, проведённое международной командой учёных, показало: терапевтический эффект DBS тесно связан с активацией специфической мозговой сети, которая функционирует в высокочастотном бета-ритме — от 20 до 35 Гц. Именно этот ритмический паттерн, как полагают авторы, выступает тем самым связующим звеном, благодаря которому стимуляция глубоких структур мозга модулирует активность коры.
Работа, опубликованная в журнале Brain под заголовком «Сеть ответа на глубокую стимуляцию мозга при болезни Паркинсона работает в высоком бета-диапазоне», объединила усилия специалистов из университетских больниц Кёльна и Дюссельдорфа, Гарвардской медицинской школы и берлинской благотворительной клиники Charité. Как подчёркивают авторы, это первое исследование, в котором удалось соединить два направления, прежде существовавших параллельно: электрофизиологию, изучающую электрические сигналы мозга, и нейровизуализацию, позволяющую определить пространственное расположение активных зон. Такой междисциплинарный подход дал возможность впервые охарактеризовать сеть ответа DBS одновременно в пространственном и временном измерениях.
Суть метода DBS заключается во вживлении электродов в субталамическое ядро — структуру, расположенную глубоко в мозге. Эти электроды подают небольшие электрические разряды, которые уменьшают выраженность моторных симптомов паркинсонизма. Однако ранее проведённые исследования давали лишь фрагментарную картину: одни из них с помощью методов визуализации указывали на оптимальные точки стимуляции, другие — с помощью электрофизиологических замеров — фиксировали частоту вовлечённых сигналов, но эти данные никогда не сопоставлялись в рамках единого эксперимента. Именно этот пробел и попыталась заполнить новая работа.
Мозговая сеть, определяющая эффективность терапии
Для решения поставленной задачи научная группа проанализировала обширный многоцентровый массив данных, включавший 50 пациентов и 100 полушарий головного мозга. У всех участников одновременно регистрировалась активность нейронов с помощью имплантированных DBS-электродов, а также с помощью магнитоэнцефалографии (МЭГ), что позволило отслеживать сигналы, исходящие от глубинных структур и от поверхности коры.
На основе этих записей исследователи построили карту функциональных связей между субталамическим ядром и лобными отделами мозга. Анализ показал, что данная сеть обменивается информацией главным образом на частотах в диапазоне 20–35 Гц. Особенно важным оказалось наблюдение, согласно которому сила этой связи напрямую коррелировала с тем, насколько эффективно удавалось уменьшить двигательные симптомы у конкретного пациента после имплантации электродов. Это позволяет предположить, что высокий бета-ритм выполняет роль канала, по которому стимулирующие импульсы распространяются от глубоких ядер к коре, опосредуя тем самым терапевтический эффект.
Руководитель исследования, профессор доктор Андреас Хорн из Кёльнского университета, специалист в области вычислительной неврологии, так прокомментировал полученные данные: «Впервые мы смогли охарактеризовать сеть ответа DBS на болезнь Паркинсона с точек зрения, пространства и времени одновременно. Мы показываем, что болезнь Паркинсона лучше всего лечить, если стимулировать точно в очень конкретной сети. Это работает синхронно в условиях непрерывной частоты и даёт объяснение тому, что пациенты очень хорошо реагируют на глубокую стимуляцию мозга». Добавим, что сам профессор подчёркивает: открытие может стать основой для более точной настройки параметров DBS, особенно в тех случаях, когда стандартная стимуляция не приносит ожидаемого облегчения.
Первый автор исследования, доктор Бане Банерс из университетской больницы Дюссельдорфа, развивает эту мысль: «Эти результаты позволяют предположить, что кратковременный ритм мозга действует как канал связи между субталамическими ядрами и корой головного мозга и может опосредовать терапевтические эффекты глубокой стимуляции мозга. Стимулируя области, которые подключены к идентифицированной сети, мы, вероятно, сможем более точно настроить настройки DBS в будущем, особенно у пациентов, которые ещё не получили необходимую пользу от глубокой стимуляции мозга».
Практическая значимость работы видится в том, что теперь появилась возможность адаптировать параметры глубокой стимуляции под индивидуальную мозговую сеть каждого пациента, что особенно актуально при недостаточной эффективности стандартных протоколов лечения. В настоящее время исследователи планируют углублённо изучить, каким образом DBS вызывает изменения в функционировании нейронных сетей; для этого уже запущены эксперименты, нацеленные на выявление причинно-следственных связей. Финансирование исследования осуществлялось Фондом профессора Клаауса Тимана.