Электрическая стимуляция мозга ( ЭСМ ), также называемая фокальной стимуляцией мозга ( ФСМ ) , является формой электротерапии, используемой в качестве метода в исследовательской и клинической нейробиологии для стимуляции нейрона или нейронной сети в мозге посредством прямого или косвенного возбуждения его клеточной мембраны с помощью электрического тока . ЭСМ используется в исследовательских или терапевтических целях.
Электрическая стимуляция мозга была впервые использована в первой половине 19-го века такими пионерами-исследователями, как Луиджи Роландо [ необходима цитата ] (1773–1831) и Пьер Флуренс [ необходима цитата ] (1794–1867), для изучения локализации функций мозга после открытия итальянским врачом Луиджи Гальвани (1737–1798), что нервы и мышцы являются электрически возбудимыми. Стимуляция поверхности коры головного мозга с помощью стимуляции мозга использовалась для исследования двигательной коры у животных такими исследователями, как Эдуард Хитциг (1838–1907), Густав Фрич (1838–1927), Давид Ферье (1842–1928) и Фридрих Гольц (1834–1902). Кору головного мозга человека также стимулировали с помощью электричества нейрохирурги и неврологи, такие как Роберт Бартолоу (1831–1904) и Федор Краузе (1857–1937).
В следующем столетии техника была усовершенствована изобретением стереотаксического метода британским нейрохирургом-пионером Виктором Хорсли (1857–1916) и разработкой хронических электродных имплантатов швейцарскими нейрофизиологами Вальтером Рудольфом Гессом (1881–1973), Хосе Дельгадо (1915–2011) и другими, с использованием электродов, изготовленных из прямого изолированного провода , который можно было вводить глубоко в мозг свободно ведущих себя животных, таких как кошки и обезьяны . Этот подход был использован Джеймсом Олдсом (1922–1976) и коллегами для открытия стимуляции мозга вознаграждением и центром удовольствия . Американо-канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд (1891–1976) и его коллеги из Монреальского неврологического института использовали обширную электрическую стимуляцию коры головного мозга у бодрствующих нейрохирургических пациентов для исследования двигательного и сенсорного гомункула (представления тела в коре головного мозга в соответствии с распределением двигательных и сенсорных территорий).
EBS остается неразрывно связанной с работой Роберта Гэлбрейта Хита , Дельгадо и Пенфилда. Интересно, что во время исследований церебральной локализации нейрохирург Пенфилд не мог вызвать эмоциональные реакции у людей, ни наблюдая спонтанную эпилепсию, ни путем электрической стимуляции поверхности коры головного мозга. Нейрофизиолог Дельгадо отметил несколько исключений из этого правила. Напротив, EBS, посредством глубоко имплантированных электродов в локализованные области мозга ( глубокая стимуляция мозга ; DBS), вызывал как приятные, так и отвращающие реакции у лабораторных животных и людей, как было описано ранее. [1] [2] [3]
EBS может вызывать ритуальные, двигательные реакции ложной ярости у кошек путем стимуляции переднего гипоталамуса , а также более сложные эмоциональные и поведенческие компоненты «истинной ярости» как у подопытных животных путем стимуляции латерального гипоталамуса, так и у людей путем стимуляции различных глубоких областей мозга. EBS у людей, больных эпилепсией, может вызывать судороги на поверхности мозга и патологическую агрессию и ярость путем стимуляции миндалевидного тела. [3] [4]
Микроскопия двухфотонного возбуждения показала, что микростимуляция активирует нейроны редко вокруг электрода даже при низких токах (всего 10 мкА) на расстоянии до четырех миллиметров. Это происходит без особого выбора других нейронов, расположенных гораздо ближе к кончику электрода. Это происходит из-за того, что активация нейронов определяется тем, имеют ли они или нет аксоны или дендриты , которые проходят в радиусе 15 мкм около кончика электрода. По мере увеличения тока объем вокруг кончика, который активирует аксоны и дендриты нейрона, увеличивается, и вместе с этим увеличивается количество активированных нейронов. Активация, скорее всего, происходит из-за прямой деполяризации, а не синаптической активации . [5]
Всесторонний обзор исследований EBS составил список множества различных острых воздействий стимуляции в зависимости от целевой области мозга. Ниже приведены некоторые примеры задокументированных эффектов: [6]
EBS в чувствительных к лицу областях веретенообразной извилины заставил пациента сообщить, что лица людей, находившихся с ним в комнате, «изменились» и стали искаженными: «Ваш нос обвис, сместился влево. [...] Изменилось только ваше лицо, все остальное осталось прежним» [7].
Примерами терапевтического EBS являются:
Сильные электрические токи могут вызывать локализованное поражение нервной ткани вместо функциональной обратимой стимуляции. Это свойство использовалось для нейрохирургических процедур в различных методах лечения, таких как болезнь Паркинсона , фокальная эпилепсия и психохирургия . Иногда тот же электрод используется для зондирования мозга с целью обнаружения дефектных функций, перед тем как пропускать ток поражения ( электрокоагуляция ).