Ingenieure und Neurowissenschaftler an der Duke University haben eine Methode entwickelt , um die Reaktion eines einzelnen Neurons transkranielle Magnetstimulation (TMS) des Gehirns zu messen entwickelt. Der Fortschritt wird dazu beitragen Forscher verstehen die zugrunde liegenden physiologischen Wirkungen von TMS - einem Verfahren zur Behandlung psychiatrischer Beschwerden - und optimieren Sie seine Verwendung als eine therapeutische Behandlung .
TMS nutzt die durch elektrische Ströme durch eine Drahtspule läuft , um die neuronale Aktivität im Gehirn zu induzieren Magnetfelder. Mit dem Umlegen eines Schalters können die Forscher führen eine Hand zu bewegen oder das Verhalten beeinflussen . Diese Technik ist seit langem in Verbindung mit anderen Behandlungen in der Hoffnung, die Verbesserung der Behandlung für Zustände einschließlich verwendet Depression und Drogenmissbrauch.
Während Studien haben die Wirksamkeit der TMS demonstriert haben physiologischen Mechanismen der Technik, die lange in einer verloren gegangen "black box ". Forscher wissen, was in der Behandlung und den Ergebnissen , die herauskommen , aber nicht verstehen, was passiert dazwischen geht .
Ein Teil der Grund für dieses Geheimnis liegt in der Schwierigkeit der Messung der Hirnaktivierung während des Verfahrens ; die vergleichsweise winzigen Aktivität eines einzelnen Neurons in der Flutwelle von Strom durch TMS generiert verloren. Aber die neue Studie zeigt eine Möglichkeit, den sprichwörtlichen Heuhaufen zu entfernen.
Die Ergebnisse wurden online in Nature Neuroscience veröffentlicht .
"Niemand weiß wirklich, was TMS wird im Gehirn zu tun , und in Anbetracht , dass der Mangel an Informationen , hat es sehr schwer, die Ergebnisse der Studien zu interpretieren oder zu machen Therapien effektiver gewesen ", sagte Warren Grill , Professor für Biomedizinische Technik , Elektrotechnik und Informatik Engineering und Neurobiologie an der Duke . "Wir wollten , um zu versuchen zu verstehen, was im Inneren dieser Black Box geschieht durch die Aufnahme Tätigkeit von einzelnen Neuronen während der Lieferung von TMS in einer nicht- menschlichen Primaten . Vom Konzept her ist ein sehr einfaches Ziel war . Aber technisch , stellte sich heraus , sehr herausfordernd. "
Erstens, Grill und seine Kollegen in der Herzog -Institut für Neurowissenschaften ( DIBS ) entwickelt neue Hardware , die die TMS Strom von der Nervenreaktion , die tausendmal kleiner ist trennen könnte . Sobald dies erreicht wurde jedoch entdeckt, dass ihre Aufnahmegerät machte mehr als nur der Aufnahme.
Das Magnetfeld wurde TMS Erzeugen eines elektrischen Stroms durch die Elektrode Messen des Neurons , was die Möglichkeit, dass dieser Strom anstelle der TMS , verursacht wurde Nervenreaktion . Das Team musste kennzeichnen diese aktuelle und machen es klein genug, um zu ignorieren.
Schließlich mussten die Forscher für Vibrationen, die durch den großen Strom, der durch kleine Drahtspule des TMS -Gerät verursacht Konto - ein Design-Problem an und für sich , weil die typischen TMS Spule ist zu groß für den Kopf eines nicht-menschlichen Primaten . Da die Spule physisch mit dem Schädel verbunden ist, die Vibration war Gedränge der Meßelektrode .
Die Forscher waren in der Lage, für jedes Artefakt, das zu kompensieren, aber und sehen zum ersten Mal in die Black Box des TMS . Sie die Aktionspotentiale eines einzelnen Neurons Momente Aufnahme erfolgreich nach TMS -Impulse und beobachteten Veränderungen in der Aktivität, die sich deutlich von Aktivität unterschied folgenden Placebo -Behandlungen.
Grill arbeitete mit Engel Peterchev , Assistant Professor für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften , der biomedizinischen Technik und Elektrotechnik und Informatik , auf die Gestaltung der Spule. Weitere Teammitglieder waren Michael Platt , Direktor des DIBS und Professor für Neurobiologie und Mark Sommer, ein Professor für Biomedizinische Technik .
Sie zeigten, dass die Technik könnte in verschiedenen Labors neu erstellt werden. "So kann jeder modernen Labor die Arbeit mit nicht-menschlichen Primaten und Elektro gleichen Ansatz in ihren Studien verwenden ", sagte Grill .
Die Forscher hoffen , dass viele andere werden ihre Methode und verwenden Sie es , um die Auswirkungen TMS hat auf Neuronen enthüllen. Sobald ein Grundverständnis ist , wie TMS interagiert mit Neuronen auf einer individuellen Skala gewonnen , könnte seine Wirkung verstärkt werden, und die therapeutische Wirkung von TMS erhöht.
"Studien mit TMS wurden alle empirischen ", sagte Grill . "Man könnte die Auswirkungen aussehen und ändern Sie die Spule , Häufigkeit, Dauer oder viele andere Variablen . Jetzt können wir beginnen, die physiologischen Wirkungen von TMS und sorgfältig Handwerk -Protokolle , anstatt sich auf Versuch und Irrtum zu verstehen. Ich denke, das ist , wo die wirklichen Kraft dieser Forschung ist herkommen . "