Forscher in der Medizintechnikabteilung, an der Case Western Reserve University haben herausgefunden, dass epileptische Aktivität kann durch einen Teil des Gehirns auf eine neue Weise zu verbreiten, was auf eine mögliche neues Target für Beschlagnahme - Medikamente blockieren .
Hinweise aus einer Reihe von Experimenten und Computermodellierung stark darauf einzelnen Zellen in einem Teil des Gehirns , wie dem Hippocampus bekannt , mit einem kleinen elektrischen Feld anzuregen und zu synchronisieren Nachbarzellen , die Verbreitung der Aktivität Schicht für Schicht.
Die Wissenschaftler berichten über die Entdeckung im Journal of Neuroscience .
"Wir wissen, es gibt mehrere Möglichkeiten für die Nervenzellen miteinander zu reden : chemische und elektrische synaptischen Übertragung und Diffusion von Ionen ", sagte Dominique Durand, Professor für Biomedizinische Technik an der Case Western Reserve und leitende Autor der Studie. "Aber das ist ein neuer Mechanismus . Neuronen miteinander reden Zelle zu Zelle durch elektrische Felder , propagieren eine Welle der Aktivität. "
Durand arbeitete mit Studenten von der Case Western Reserve Neural Engineering Center : Mingming Zhang, Chen Qiu , Rajat J. Shrivacharan und Thomas P. Ladas ; und Senior Research Associate Luis E. Gonzales - Reyes zu untersuchen, wie epileptische Anfallsaktivität beginnt und breitet sich im Gehirn.
Sie führten eine 64- Kanal- Mikroelektroden-Array in den aufgeklappten Hippocampus von einem Maus-Modell , um ihre Aktivitäten zu überwachen. Dann injiziert der Hippocampus, das bekanntermaßen in der häufigsten Form von einbezogen Epilepsie , Mit einem Medikament zu machen, der Hippocampus epileptischen .
Sie blockiert chemische Synapsen von Signalübertragung zwischen Nervenzellen durch eine Verringerung der Kalzium Ionenkonzentration unter dem Niveau in der Regel in Signalgebung beteiligt . Sie blockierten dann sogenannte " Gap Junctions ", die elektrisch über Synapsen übertragen Signale , durch Injektion des Antimalariamittel Mefloquin, bekannt , um den Prozess zu behindern.
Ihre Tests zeigten, dass epileptische Aktivität weiter mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,1 Meter pro Sekunde , mit oder ohne synaptische Übertragung zu verbreiten.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit eliminiert das dritte bekannte Route von epileptischen Ausbreitungs - Signalisieren durch Diffusion von Natrium und Kaliumionen über Gehirnzellmembranen . Diffusion ist zu langsam, um die Art der Übertragung sein .
Elektrische Felder : Die Forscher wurden mit dem vierten bekannten Weise, die Nervenzellen kommunizieren gelassen . Wenn eine Gruppe von Zellen zusammen feuern können sie Ströme und elektrische Felder , die groß genug ist, um ihre Nachbarn erregt werden können erzeugen .
Computersimulationen mit einer großen Anzahl von Nervenzellen bestätigt, daß ein schwaches elektrisches Feld könnte an sich ausbreiten epileptischen Signale bei der Geschwindigkeit, die experimentelle Ergebnisse abgestimmt. Das Computermodell vorhergesagt , dass die Signalübertragung würde Geschwindigkeiten je nach dem Abstand zwischen den Neuronen zu verändern.
Die Forscher überprüft die Vorhersage durch die Injektion von Medikamenten, die entweder zu erweitern oder den Abstand zwischen den Zellen zu verringern würde . Je näher die Zellen, desto schneller ist die Übertragung. Je weiter entfernt die Zellen, desto langsamer die Übertragung , bis - in einem gewissen Abstand - das Signal fehlgeschlagen ausbreiten .
Seit einiger Zeit haben die Ärzte Diuretika verwendet, um einige Arten von epilepsy.Diuretics sind bekannt Entfernen von Wasser aus Zellen und aber ihre krampflösende Eigenschaften sind nicht bekannt zu behandeln , sagte Durand .
Wenn Wasser aus den Zellen entfernt und in den extrazellulären Raum, den Raum zwischen den Zellen erhöht es und kann die sie außerhalb der Reichweite der Schwachen elektrisches Feld schieben , sagte er.
Die Forscher sagen, dass diese Feststellung nicht die Bedeutung der synaptischen Transmission bei Epilepsie zu verringern , sondern verweist auf eine andere Synchron und Verbreitungsmechanismus .
Aber " diese Entdeckung hat Folgen für die Epilepsie ", sagt Durand . "Wenn Zellen in einem angeregten Zustand können zu sprechen oder sich gegenseitig beeinflussen , werden sie zu einer Beschlagnahme -ähnlichen Zustand zu synchronisieren kann , propagieren die Nachbarn damit eine ausgewachsene Fressen erzeugenden . "
Die elektrischen Felder und der Prozess der Synchronisation und Ausbreitung neue Ziele für Medikamente oder andere Behandlungen zur Verhinderung oder Begrenzung Anfällen .
Die Forscher untersuchen nun, einen Weg , um die Wirkung des elektrischen Feldes auf die Anfalls Erzeugung und Ausbreitung direkt zu testen .