تحلیل، توسعه و ارزیابی سیستم تحریک کننده غیر تهاجمی عمقی مغز به کمک جریان های تداخلی
محور پژوهش
تجهیزات و ملزومات پزشکی
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی برق و کامپیوتر
حوزه پژوهش
درمان بیماری شناختی، تحریک عمقی مغز
عنوان
تحلیل، توسعه و ارزیابی سیستم تحریک کننده غیر تهاجمی عمقی مغز به کمک جریان های تداخلی
هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه
: بیماری‌های عصبی و اختلالات روان‌شناختی همچون پارکینسون و اعتیاد در تمام کشورهای جهان رو به رشد هستند. از طرفی افراد دارای این بیماری‌ها ممکن است به درمان‌های دارویی پاسخ ندهند، داروهایی که معمولاً دارای عوارض جانبی شدید هستند. یک روش جایگزین برای کمک به بهبود این بیماری‌ها، تحریک عمقی مغز (DBS) با استفاده از الکترودهای قابل کاشت و اعمال پالس‌های الکتریکی مشخص از طریق آن‌ها است. اما روش مذکور تهاجمی بوده و با خطرهای زیادی همراه است. از طرفی اثربخشی روش‌های غیرتهاجمی موجود مانند تکنیک‌های تحریک الکتریکی و مغناطیسی فراجمجه‌ای، علی‌رغم کمک به بهبود برخی از اختلالات، در مدوله کردن ساختارهای عمقی مغز بدون تحریک لایه‌های قشری بالاتر، هنوز اثبات نشده و لذا عمدتاً برای مدولاسیون نقشه‌برداری مناطق سطحی کاربرد دارند. در مطالعه‌ای در سال 2017، محققان از امکان استفاده از روش درمان به کمک جریان‌های تداخلی به‌عنوان DBS غیرتهاجمی گزارش دادند. در مطالعه مذکور، محققان مغز موش را به‌صورت یک استوانه همگن ساده مدل‌سازی کرده و ناحیه تحریک درون مغز را با تکنیک آزمون ‌و ‌خطا به دست آوردند و توانستند بدون اثرگذاری بر لایه‌های سطحی، ساختارهای عمقی مغز موش را تحریک کنند. هدف این طرح، بررسی روش درمان به کمک جریان‌های تداخلی برای استفاده در DBS غیرتهاجمی است تا بتوان از این روش برای تحریک مناطق مختلف مغز و کمک به بهبود بیماری‌های عصبی و اختلالات روان‌شناختی نظیر پارکینسون و اعتیاد استفاده کرد. برای این منظور ابتدا توزیع میدان با استفاده از حل تحلیلی و عددی در مدل‌های ساده به دست‌ می‌آید. در ادامه برای کنترل دقیق‌تر میدان‌های تحریک، مدل استفاده‌شده بهبود داده می‌شود. سپس امکان تعیین آرایش الکترودها و جریان تزریقی به آن‌ها برای رسیدن به نتیجه‌ای خاص بررسی می‌شود. درنهایت روش پیشنهادی با ارزیابی‌های آزمایشگاهی به کمک گروه فیزیولوژی دانشگاه علوم پزشکی اصفهان اعتبارسنجی شده اند. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها این پژوهش طی قراردادی با ستاد توسعه علوم شناختی انجام گرفت. در این پژوهش روش NDBS با استفاده جریان‌های تداخلی، بر روی دو موش (در کل پنج موش که مسائل و مشکلات مربوط به بیهوشی و غیره باعث مرگ سه موش شد) به کمک گروه فیزیولوژی دانشگاه علوم پزشکی اصفهان آزمایش شد. سیگنال LFP از هسته DMPAG (هسته عمقی) و PtPD (سطحی)، قبل، در حین و بعد از اعمال تحریک‌های دوثانیه‌ای با فرکانس و دامنه مشخص به کمک دستگاه eWave و با نرخ نمونه‌برداری ۱۰ کیلوهرتز ثبت شدند. در مکان اتصال الکترود و استخوان از ژل مخصوص برای اطمینان از اتصال کامل و یکنواخت الکترودها به سطح جمجمه و کاهش امپدانس تماسی استفاده شد. برای تحلیل سیگنال‌های LFP، از نرم‌افزار eProbe استفاده شد. برای بررسی اثر تحریک، ابتدا طیف توان بازه زمانی دو دقیقه قبل از اعمال تحریک و دو ثانیه تحریک محاسبه شد، سپس طیف توان دو ثانیه تحریک به طیف توان دو دقیقه قبلی تقسیم شد. هنگامی‌که تحریک اعمال‌شده در فرکانس ۲۰۰۰ و ۲۰۱۰ و یا ۲۰۰۰ و ۲۰۲۰ هرتز بوده است به ترتیب مؤلفه‌های فرکانسی ۱۰ و ۲۰ هرتز سیگنال بسیار بیشتر از سایر مؤلفه‌ها نسبت به قبل از اعمال تحریک افزایش داشته است و این میزان افزایش در ناحیه عمقی مغز (DMPAG) از ناحیه سطحی مغز (PtPD) بیشتر بوده است. در هنگامی‌که فرکانس تحریک ۲۰۰۰ و ۲۰۰۰ هرتز بوده است مؤلفه‌های فرکانسی سیگنال نسبت به قبل از اعمال تحریک افزایش کمی داشته‌اند، این نتایج ممکن است به این دلیل باشد که در سیستم مورداستفاده جریان با دامنه مشخص در زمان انتخابی به الکترودها تزریق می‌شدند و طبق نتایجی که گراسمن و همکاران گزارش دادند، در این روش اگر به‌صورت لحظه‌ای جریان با دامنه مشخص به نورون‌ها وارد شود درون نورون‌های مذکور تنها یک پتانسیل عمل رخ می‌دهد ولی اگر دامنه جریان از صفر به‌مرور افزایش پیدا کند تا به دامنه دلخواه برسد هیچ پتانسیل عملی به وجود نمی‌آید. به علاوه با اعمال تحریک به این روش بیشترین افزایش مؤلفه‌ی فرکانسی در سیگنال نسبت به قبل از اعمال تحریک برابر با اختلاف فرکانس بین دو منبع جریان است. تصاویر و محتوای گرافیکی مرتبط تصویری از دستگاه ساخته شده در شکل نشان داده شده است.