O Ultra-som pode modular a actividade de cérebro para aumentar a percepção sensorial nos seres humanos

Published on January 13, 2014 at 2:01 PM · No Comments

As Baleias, os bastões, e mesmo rezar mantises usam o ultra-som como um sistema de orientação sensorial - e um estudo novo tem encontrado agora que o ultra-som pode modular a actividade de cérebro para aumentar a percepção sensorial nos seres humanos.

Os cientistas do Instituto de Investigação de Carilion da Tecnologia de Virgínia demonstraram que o ultra-som dirigido a uma região específica do cérebro pode impulsionar o desempenho na discriminação sensorial. O estudo, publicado o 12 de janeiro em linha na Neurociência da Natureza, fornece a primeira demonstração que a baixo-intensidade, ultra-som transcranial-focalizado pode modular a actividade de cérebro humano para aumentar a percepção.

O “Ultra-som tem o grande potencial para trazer definição inaudita à tendência crescente de traçar a conectividade de cérebro humano,” disse William “Jamie” Tyler, um professor adjunto no Instituto de Investigação de Carilion da Tecnologia de Virgínia, que conduziu o estudo. “Assim nós decidimos olhar os efeitos do ultra-som na região do cérebro responsável para processar entradas sensoriais táteis.”

Os cientistas entregaram o ultra-som focalizado a uma área do córtice cerebral que processa a informação sensorial recebida da mão. Para estimular o nervo mediano - um nervo principal que fosse executado abaixo do braço e do único que passa através do túnel do carpal - colocaram um eléctrodo pequeno no pulso de voluntários humanos e gravaram suas respostas do cérebro usando a electroencefalografia, ou EEG. Então, imediatamente antes de estimular o nervo, começaram a entregar o ultra-som à região visada do cérebro.

Os cientistas encontraram que o ultra-som diminuiu o sinal do EEG e enfraqueceram as ondas de cérebro responsáveis para codificar a estimulação tátil.

Os cientistas administraram então dois testes neurológicos clássicos: o teste da discriminação do dois-ponto, que mede a capacidade de um assunto para distinguir se dois objetos próximos que tocam na pele são verdadeiramente dois pontos distintos, um pouco do que um; e a tarefa da discriminação da freqüência, um teste que meça a sensibilidade à freqüência de uma corrente de sopros do ar.

O Que os cientistas encontraram era inesperado.

Os assuntos que recebem o ultra-som mostraram que as melhorias significativas em sua capacidade para distinguir os pinos em umas distâncias mais próximas e para discriminar diferenças pequenas da freqüência entre o ar sucessivo sopram.

“Nossas observações surpreenderam-nos,” disse Tyler. “Mesmo que as ondas de cérebro associadas com a estimulação tátil se tinham enfraquecido, os povos obtidos realmente melhores em detectar diferenças nas sensações.”

Por Que a supressão de respostas do cérebro à estimulação sensorial aumentaria a percepção? Tyler especula que o ultra-som afectou um balanço neurológico importante.

“Parece paradoxal, mas nós suspeitamos que a forma de onda que particular do ultra-som nós nos usamos no estudo altera o balanço da inibição synaptic e excitação entre os neurônios vizinhos dentro do córtice cerebral,” Tyler disse. “Nós acreditamos que o ultra-som focalizado mudou o balanço de excitação em curso e da inibição que processam estímulos sensoriais na região do cérebro visada e que esta SHIFT impediu a propagação espacial da excitação em resposta aos estímulos tendo por resultado uma melhoria funcional na percepção.”

Para compreender como bom poderiam localizar o efeito, a equipa de investigação moveu o feixe acústico um centímetro em um ou outro sentido do local original da estimulação do cérebro - e o efeito desapareceu.

“Esse meios nós podemos usar o ultra-som para visar uma área do cérebro tão pequeno quanto o tamanho de um M&M,” Tyler disse. “Isto que encontra representa uma maneira nova não invasora de modular a actividade de cérebro humano com uma definição espacial melhor do que qualquer coisa actualmente disponível.”

Baseado nos resultados do estudo actual e de um mais adiantado, os pesquisadores concluíram que o ultra-som tem uma definição espacial maior do que outras duas tecnologias não invasoras principais da estimulação do cérebro - a estimulação magnética transcranial, que usa ímãs para activar o cérebro, e a estimulação de corrente contínua transcranial, que usa as correntes elétricas fracas entregadas directamente ao cérebro através dos eléctrodos colocados na cabeça.

“Ganhando uma compreensão melhor de como o ultra-som pulsado afecta o balanço da inibição synaptic e a excitação em regiões visadas do cérebro - assim como de como influencia a actividade de circuitos locais contra conexões de longo alcance - nos ajudará a fazer uns mapas mais precisos dos circuitos synaptic rica interconectados no cérebro humano,” disse Wynn Legon, autor do estudo primeiro e um erudito pos-doctoral no Instituto de Investigação de Carilion da Tecnologia de Virgínia. “Nós esperamos continuar a estender as capacidades do ultra-som para não invasora tweaking circuitos do cérebro para ajudar-nos a compreender como os trabalhos de cérebro humano.”

“O trabalho por Jamie Tyler e seus colegas está no pelotão da frente do tsunami de vinda de desenvolver o cofre forte novo contudo maneiras não invasoras eficazes modular a circulação da informação em circuitos celulares dentro do cérebro humano vivo,” disse Michael Friedlander, director executivo do Instituto de Investigação de Carilion da Tecnologia de Virgínia e de um neurocientista que se especializasse na plasticidade do cérebro. “Esta aproximação está fornecendo a tecnologia e a prova do princípio para a activação precisa de circuitos neurais para uma escala de usos importantes, incluindo tratamentos potenciais para desordens neurodegenerative, doenças psiquiátricas, e desordens comportáveis. Além Disso, arma a comunidade neuroscientific com uma nova ferramenta poderosa para explorar a função do cérebro humano saudável, ajudando nos compreende a cognição, a tomada de decisão, e o pensamento. Este é apenas o tipo de descoberta chamado para que na Iniciativa de CÉREBRO do Presidente Obama permita aproximações novas dramáticas para explorar os circuitos funcionais do cérebro humano vivo e para tratar a Doença de Alzheimer e as outras desordens.”

Uma equipe de cientistas do Instituto de Investigação de Carilion da Tecnologia de Virgínia - incluindo Tomokazu Sato, Alexander Opitz, Aaron Barbour, e Amanda Williams, junto com o aluno diplomado Jerel Mueller da Tecnologia de Virgínia de Raleigh, N.C. - Tyler juntado e Legon em conduzir a pesquisa.

Além do que sua posição no instituto, Tyler é um professor adjunto da engenharia biomedicável e das ciências na Escola da Universidade da Floresta da Tecnologia-Vigília de Virgínia da Engenharia Biomedicável e das Ciências. Em 2012, compartilhou de uma Concessão da Inovação Tecnológica da Doação de McKnight para que a Neurociência trabalhe no ultra-som tornando-se como uma ferramenta não invasora para modular a actividade de cérebro.

“Na neurociência, é fácil interromper coisas,” disse Tyler. “Nós podemos confundi-lo, fazemo-lo sentir insensibilizado, enganamo-lo com ilusões ópticas. É fácil fazer coisas mais ruins, mas é duro fazê-las melhores. Estes resultados fazem-nos acreditar-nos estão no trajecto direito.”

Read in | English | Español | Français | Deutsch | Português | Italiano | 日本語 | 한국어 | 简体中文 | 繁體中文 | Nederlands | Русский | Svenska | Polski