Transcranial ultrasound neuromodulation of a human white matter tract
Deze studie toont aan dat transcraniële ultrasone stimulatie gericht op de menselijke corticospinale tractus de neurofysiologie van de witte stof causaal moduleert, waarmee een niet-invasieve methode wordt vastgesteld om specifieke witte stofbanen te beïnvloeden met effecten die afhankelijk zijn van zowel de ultrasone druk als de microstructuur van het weefsel.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Stel je voor dat je brein een bruisende stad is. Al een lange tijd weten wetenschappers dat de "grijze stof"—de wijken waar het denken en voelen van de stad plaatsvindt—vol activiteit is. Ze weten ook over de "witte stof", die fungeert als het uitgebreide netwerk van glasvezelkabels en snelwegen van de stad, die berichten tussen de wijken vervoeren. Hoewel we hulpmiddelen hebben om aan te kloppen bij de deuren van de grijze stof-wijken (zoals het luiden van een bel om te zien wie er antwoordt), hebben we moeite gehad om een signaal direct in de diepe, verborgen snelwegen te sturen zonder invasieve chirurgie. Het is alsof je probeert een specifieke verkeersopstopping op een snelweg te verhelpen die kilometers onder de grond loopt, terwijl al je gereedschap alleen werkt op de oppervlaktestraten.
De grote vraag is geweest: Kunnen we een niet-invasief signaal diep in deze witte stof-snelwegen sturen om de verkeersstroom te veranderen? Als we dat zouden kunnen, zou dat een gamechanger zijn voor ons begrip van hoe onze hersenen werken en potentieel voor het behandelen van aandoeningen waarbij deze "kabels" beschadigd raken. Het instrument dat wetenschappers voor deze taak testen, wordt Transcraniële Ultrasone Stimulatie (TUS) genoemd. Denk aan een superprecieze, onzichtbare spotlight gemaakt van geluidsgolven. In tegen tegenstelling tot een zaklamp die alleen op het oppervlak schijnt, kan deze geluid-spotlight diep in de schedel worden gefocust om kleine, specifieke doelen te raken zonder iets open te snijden. Het idee is dat deze geluidsgolven de zenuwvezels in de witte stof voorzichtig kunnen een zetje kunnen geven, waardoor de manier waarop ze signalen verzenden verandert, vergelijkbaar met hoe een zacht briesje de richting van een zwerm vogels kan veranderen.
In dit onderzoek besloot een team van onderzoekers te testen of deze geluid-spotlight daadwerkelijk de klus kon klaren op een belangrijke hersensnelweg genaamd de corticospinale tractus. Dit is de supersnelweg die commando's van je hersenen naar je spieren draagt, die je vertelt dat je hand een kopje moet pakken of je been een bal moet trappen. Ze wilden zien of ze ultrasone golven konden gebruiken om specifiek deze witte stof-snelweg te richten en de manier waarop deze signalen verzendt te veranderen, zonder daarbij per ongeluk de nabijgelegen grijze stof-wijken te raken.
De onderzoekers zetten een slim experiment op met 15 gezonde vrijwilligers. Ze gebruikten een "within-subject" ontwerp, wat betekent dat elke persoon als zijn eigen controle diende. Stel je voor dat een persoon voor drie verschillende bezoeken komt. In één bezoek richtten de onderzoekers de geluid-spotlight op de linkerzijde van de witte stof-snelweg (de corticospinale tractus). In een ander bezoek richtten ze de spotlight op de grijze stof-wijk direct erboven (de motorische cortex). In een derde bezoeken richtten ze de spotlight op dezelfde snelweg aan de andere kant van de hersenen. Om te meten wat er gebeurde, gebruikten ze een techniek genaamd TMS (Transcraniële Magnetische Stimulatie), wat een soort "controlelampje" is voor de hersenen. Ze stuurden een magnetische puls naar het handgebied van de hersenen en maten hoe sterk het elektrische signaal in de handspieren was.
De resultaten waren opwindend en specifiek. Wanneer de onderzoekers de ultrasone golven op de witte stof-snelweg aan de linkerkant richtten, ontdekten ze dat het "verkeer" op deze snelweg veel energieker werd. Specifiek werden de signalen die van de hersenen naar de hand reisden sterker en faciliterender ongeveer 50 minuten na de geluidstherapie. Cruciaal was dat dit niet gebeurde wanneer ze de spotlight op de grijze stof-wijk daarboven richtten, noch gebeurde het wanneer ze de spotlight op de snelweg aan de tegenovergestelde kant van de hersenen richtten. Dit suggereert dat het effect niet slechts een algemeen "wakker maken" van de hersenen was, maar een specifieke verandering veroorzaakt door het raken van dat specifieke witte stof-spoor.
De onderzoekers keken ook naar waarom dit gebeurde. Ze vonden dat de sterkte van het effect afhankelijk was van twee dingen: hoe hard het geluid het doel raakte en hoe "georganiseerd" de snelweg was. Als de witte stof-vezels zeer netjes bij elkaar gepakt waren (gemeten met iets dat fractionele anisotropie wordt genoemd), hadden de geluidsgolven een grotere impact. Het is also kind dat de geluidsgolven het beste werkten op een goed geasfalteerde, rechte snelweg in plaats van op een hobbelige, chaotische weg.
De onderzoekers zijn voorzichtig in hun bewoordingen en zeggen dat ze nog niet alle mysteries hebben opgelost. Ze weten niet precies hoe de geluidsgolven de snelweg hebben veranderd—maakten de geluidsgolven de draden zelf gevoeliger, of veranderden ze de manier waarop het signaal aan het einde van de lijn wordt verwerkt? Ze merken ook op dat hoewel het geluid op de snelweg was gericht, een klein beetje ervan onvermijdelijk over de rand sloeg naar de nabijgelegen grijze stof, dus kunnen ze niet 100% zeker weten of de snelweg het enigste was dat werd beïnvloed, hoewel het patroon van de resultaten sterk daarop wijst.
Uiteindelijk levert dit artikel sterk bewijs dat we geluidsgolven kunnen gebruiken om de diepe witte stof-snelwegen van het menselijk brein een zetje te geven. Het laat zien dat we met de juiste targeting de manier waarop deze paden werken kunnen veranderen zonder chirurgie. Dit opent de deur om ultrasone golven te gebruiken als een precies instrument om te testen hoe de bedrading van onze hersenen ons gedrag beïnvloedt en, wellicht ooit, om die snelwegen te helpen repareren wanneer ze beschadigd raken door letsel of ziekte. Het is een stap naar het omzetten van de "onzichtbare" diepe hersencircuits in iets dat we daadwerkelijk kunnen afstemmen en bijstellen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.