يمكن لجهاز الموجات فوق الصوتية (Ultrasound) غير الجراحي تحفيز أجزاء عميقة من الدماغ بدقة أكبر بكثير مما تم تحقيقه سابقًا، مما قد يساعد في علاج الاكتئاب والألم طويل الأمد واضطراب ما بعد الصدمة.
يتم استخدام نظام الموجات فوق الصوتية مع ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)
Credit: Eleanor Martin et al.
يمكن لنظام الموجات فوق الصوتية منخفض الطاقة أن يغير النشاط العميق داخل الدماغ بدقة أكبر بكثير مما كان ممكنًا في السابق، مما يسمح بدراسة العضو بطرق جديدة . كما سيساعد جراحي الدماغ على تخطيط العمليات ويمكن استخدامه لعلاج بعض الحالات بشكل مباشر.
تقول شارلوت ستاج من جامعة أكسفورد، التي أنشأ فريقها النظام : "أعتقد أنه يفتح طريقًا جديدًا لعلم الأعصاب". "يمكننا، لأول مرة، تعديل النشاط بشكل عابر وآمن وغير جراحي في أجزاء مختلفة من الدماغ العميق ورؤية ما يحدث عند البالغين الأصحاء."
إن الطرق غير الجراحية الحالية لتغيير نشاط الدماغ لها جميعها قيود كبيرة . على سبيل المثال ، يستخدم التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة (Transcranial Magnetic Stimulation) (TMS) المغناطيس لتحفيز التيارات الكهربائية في الدماغ . تمت الموافقة على TMS في الولايات المتحدة لعلاج حالات مثل الاكتئاب، لكنه لا يمكنه اختراق سوى بضعة سنتيمترات داخل الجمجمة ولا يمكن التركيز على جزء صغير من الدماغ .
وهناك نهج آخر، يسمى التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة، يعتمد على أقطاب كهربائية توضع مباشرة على الرأس . مثل TMS ، فإنه يؤثر فقط على الجزء الخارجي من الدماغ ولا يمكن استهدافه بدقة.
على النقيض من ذلك ، يمكن للموجات فوق الصوتية أن تخترق الدماغ بشكل أعمق ويمكن تركيزها . تم استخدام الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة منذ الخمسينيات من القرن الماضي لقتل أجزاء من الدماغ عن طريق تسخينها، لعلاج الأورام، على سبيل المثال . ومع ذلك، فإن أنظمة التركيز يتم ربطها مباشرة بالجمجمة بواسطة براغي، لذلك لا تزال هذه التقنية تتطلب بعض الجراحة.
في عام 2008، اكتشف فريق أن الموجات فوق الصوتية منخفضة التركيز يمكن أن تحفز أو تمنع النشاط العصبي دون التسبب في أي تسخين أو ضرر. لا تزال الآلية غير مفهومة تمامًا، ولكن يُعتقد أنها نتيجة للموجات فوق الصوتية التي تؤثر على القنوات الأيونية في أغشية الخلايا العصبية التي تساعد على توصيل الإشارات العصبية.
يوجد الآن اهتمام كبير باستخدام الموجات فوق الصوتية منخفضة الشدة عبر الجمجمة لعلاج حالات مثل الاكتئاب والألم طويل الأمد واضطراب الإجهاد اللاحق للصدمة ، مع إجراء العديد من التجارب . على الرغم من إمكانية تركيز الموجات فوق الصوتية منخفضة الكثافة، إلا أن معظم الأنظمة ليست دقيقة جدًا لأن المجال لا يزال جديدًا.
قبل الآن، كانت أحدث التقنيات عبارة عن نظام طوره توم ريس في جامعة يوتا وزملاؤه. ويتكون من 252 مصدرًا للموجات فوق الصوتية مرتبة في مصفوفتين موضوعتين على جانبي الرأس ويمكنها التركيز على حجم يبلغ حوالي 90 ملم مكعب.
يمكن للنظام الذي طوره فريق Stagg التركيز على 3 ملليمترات مكعبة فقط . وهذا أكثر دقة بـ 30 مرة من نظام فريق ريس، وأكثر دقة بآلاف المرات من معظم الأنظمة الأخرى ، كما يقول عضو الفريق برادلي تريبي من جامعة كوليدج لندن.
هذا مهم لأن حجم بعض الهياكل في الدماغ يبلغ ملليمترًا. تقول ستاج : "إنهم متقاربون للغاية، ويقومون بأشياء مختلفة، وغالبًا ما يقومون بأشياء متعارضة". "يجب أن تكون قادرًا على تحفيز كل فرد على حدة ، وهذه هي المجموعة الأولى التي يمكننا القيام بذلك بها."
ولتحقيق هذا التركيز، قام الفريق بترتيب 256 مصدرًا للموجات فوق الصوتية في خوذة مغلقة حول الرأس ومملوءة بالماء . قبل استخدام النظام ، يجب فحص رأس كل فرد .
تُستخدم عمليات المسح هذه لتصميم قناع وجه بلاستيكي متصل بالخوذة للمساعدة في تثبيت الرأس في وضع دقيق . يتم أيضًا إدخال عمليات المسح في نموذج كمبيوتر يأخذ في الاعتبار شكل جمجمة كل فرد لتحديد كيفية تركيز الموجات الصوتية . يقول تريبي: "لقد بذلنا الكثير من الجهد في تصميم الأدوات حتى نتمكن من وضع بؤرتنا المحورية في الموقع الذي نريده بالضبط".
تم تصميم النظام أيضًا ليتم استخدامه داخل ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي . وفي التجارب التي أجريت على سبعة متطوعين، استخدم الفريق الماسح الضوئي للتأكد من أن النظام يمكن أن يستهدف بدقة أجزاء من منطقة الدماغ تسمى النواة الركبية الجانبية lateral geniculate nucleus ، المسؤولة عن الرؤية .
يقول جان فرانسوا أوبري، من فيزياء من أجل الطب في باريس بفرنسا : "إن الدقة المكانية والتأثيرات التعديلية المطولة رائعة". "أعتقد أن التحفيز بالموجات فوق الصوتية عبر الجمجمة هو تقنية واعدة للغاية."
يقول ريس: "إنه التركيز الأكثر حدة الذي رأيته"، والذي يقول إن النظام سيكون تحويليًا للأبحاث .
ومع ذلك، فمن الضروري في بعض الأحيان استهداف حجم أكبر للعلاجات ، كما يقول ريس، الذي يجري فريقه عدة تجارب . "في العديد من التطبيقات ، لن ترغب في التركيز على هذا المستوى الصغير."
ومن العيوب الكبيرة للنظام الجديد أنه يتطلب حلق الرأس . وذلك لأن الشعر يحبس فقاعات الهواء التي تنحرف عن الموجات فوق الصوتية . تقول Stagg إن الفريق يحاول إيجاد طريقة للقضاء على الفقاعات، مثل استخدام شامبو خاص. "ربما تكون قابلة للحل."
المصدر: