Електроенцефалограма - неінвазивний метод дослідження поверхневої, а тепер і підкіркової активності мозку.
Підкоркові області, розташовані в найглибших частинах мозку, залишаються загадкою. Вчені знають, що вони відіграють важливу роль у моторній, емоційній та асоціативній активності, але їм не відомо точно, як вони працюють. Деякі важкі хвороби безпосередньо пов'язані з цими областями, включаючи хворобу Паркінсона, синдром Туретта і деякі обсесивно-компульсивні розлади (ОКР). Існуючі способи вимірювання і регуляції активності підкіркових областей високоінвазивні і при функціонуванні іноді проявляють ще невивчені ефекти. Дослідники з Женевського (фр. Université de Genceve) і Кельнського (нім. Universität zu Köln) університетів вирішили дізнатися, як можна використовувати неінвазивний метод, електроенцефалограму (ЕЕГ), доповнивши її математичними алгоритмами, щоб ззовні виміряти глибинну мозкову активність. Вони вперше показали, що така техніка здатна реєструвати сигнали, які, як вважали раніше, можна отримати тільки вживляючи електроди в мозок.
Складність становить безпосереднє вивчення підкіркових областей, які розташовані в найглибших частинах мозку. Відомо, що дві ключові структури в цих областях - таламус і прилегле ядро, вони повідомляються один з одним і з корою, контролюючи моторне, емоційне та асоціативне збудження (високорівневе мислення) за допомогою електричних коливань. «Дисфункція їхньої комунікації стає причиною серйозних, специфічно людських хвороб, таких як хвороба Туретта і ОКР, які зазвичай починаються в підлітковому віці, коли розвиток мозку добігає кінця, а також хвороби Паркінсона», - пояснює Крістоф Мішель (Christoph Michel) з Женевського університету.
Застосовуване зараз лікування засноване на стимуляції глибинних областей мозку, і воно високоінвазивне: це імплантування електродів всередину мозку, які стимулюються ззовні електричним струмом. «Незважаючи на те, що ця техніка показала ефективність при хворобі Паркінсона, на жаль, вона не працює так само добре при ОКР і синдромі Туретта», - говорить Мартін Сібер (Martin Seeber), провідний автор дослідження.
Щоб поліпшити існуючий підхід, важливо було зрозуміти, як підкіркові зони функціонують і повідомляються між собою. Захворювання, згадані вище, зустрічаються тільки у людей, тому досліджень на тваринній моделі було недостатньо. Оскільки імплантування електродів - вкрай інвазивна техніка, був потрібен інший метод, щоб збільшити число досліджуваних суб'єктів. «Ми сподівалися на ЕЕГ, яка реєструвала б електричну активність мозку з використанням 256 електродів, розташованих на черепі», - продовжує Мішель. Але чи дійсно можна виміряти активність мозку ззовні черепа?
У співпраці з групою, яку очолила Вірле Віссер-Вандевалле (Veerle Visser-Vandewalle), нейрохірург з Кельнського університету, дослідники з Женевського університету змогли виміряти і зареєструвати електричну активність у підкірковій області у чотирьох пацієнтів з ОКР і синдромом Туретта, яким були вживлені електроди-імпланти. Одночасно ці люди були підключені до ЕЕГ, так вчені виміряли мозкову активність з поверхні черепа. Таке поєднання вимірювань дозволило визначити закономірності, що зіставляють поверхневу і глибоку активність. «Математичні алгоритми, які ми побудували, показують, що можна досить точно інтерпретувати дані, що надаються ЕЕГ, і достовірно знати, звідки відбувається мозкова активність», - розповідає Сібер.
Результат дослідження полягав у тому, що дані ЕЕГ і інформація з імплантів ідеально корелювали. «Ми отримали ЕЕГ-сигнали, високою мірою схожі на сигнали з імплантів, і, нарешті, довели, що ЕЕГ з поверхні може бути використана, щоб побачити, що відбувається в глибинних частинах мозку, не вимірюючи їх активність безпосередньо», - стверджує професор Мішель.
«Тепер ми знаємо, що ЕЕГ можна використовувати для аналізу підкіркових зон, - продовжує Сібер. - Ми можемо спробувати визначити, як вони взаємодіють один з одним і з корою, - в надії краще зрозуміти причини таких захворювань, як синдром Туретта і ОКР». Вчені також зацікавлені у використанні цієї техніки для поліпшення застосовуваних зараз методів лікування. «Зрештою, ми сподіваємося, що через деякий час будемо здатні стимулювати глибинні частини мозку з поверхні за допомогою електромагнітного впливу, назавжди відмовившись від електродних імплантів у мозку», - каже професор Мішель.