Электрическая стимуляция мозга ( EBS ), также называемая фокальной стимуляцией мозга ( FBS ), представляет собой форму электротерапии , используемую в качестве метода в исследованиях и клинической нейробиологии для стимуляции нейрона или нейронной сети в мозге посредством прямого или непрямого возбуждения его клеточную мембрану с помощью электрического тока . EBS используется в исследовательских или терапевтических целях.
Электрическая стимуляция мозга была впервые использована в первой половине XIX века исследователями-первопроходцами, такими как Луиджи Роландо ( 1773–1831 ) и Пьер Флуранс ( 1794–1867 ) , для изучения локализации функций мозга. , после открытия итальянским врачом Луиджи Гальвани (1737–1798), что нервы и мышцы электрически возбудимы. Стимуляцию поверхности коры головного мозга с помощью стимуляции мозга использовали для исследования моторной коры у животных такие исследователи, как Эдуард Хитциг (1838–1907), Густав Фрич (1838–1927), Давид Ферье (1842–1928) и Фридрих Гольц (1834–1902). Кору головного мозга человека также электрически стимулировали нейрохирурги и неврологи , такие как Роберт Бартолоу (1831–1904) и Федор Краузе (1857–1937).
В следующем столетии эта техника была усовершенствована благодаря изобретению стереотаксического метода пионером британского нейрохирурга Виктору Хорсли (1857–1916) и разработке хронических электродных имплантатов швейцарским нейрофизиологом Вальтером Рудольфом Гессом (1881–1973) и Хосе Дельгадо. (1915–2011) и других, используя электроды , изготовленные из прямого изолированного провода , которые можно было вводить глубоко в мозг свободно ведущих себя животных, таких как кошки и обезьяны . Этот подход был использован Джеймсом Олдсом (1922–1976) и его коллегами для обнаружения вознаграждения за стимуляцию мозга и центра удовольствия . Американско-канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд (1891–1976) и его коллеги из Монреальского неврологического института использовали обширную электрическую стимуляцию коры головного мозга у бодрствующих нейрохирургических пациентов, чтобы исследовать двигательный и сенсорный гомункулус (представление тела в коре головного мозга согласно распределение моторных и сенсорных территорий).
EBS по-прежнему неразрывно связана с творчеством Роберта Гэлбрейта Хита , Дельгадо и Пенфилда. Интересно, что в ходе исследований церебральной локализации нейрохирург Пенфилд не смог вызвать эмоциональные реакции у людей ни путем наблюдения за спонтанной эпилепсией, ни путем электрической стимуляции поверхности коры головного мозга. Нейрофизиолог Дельгадо отметил несколько исключений из этого правила. Напротив, EBS с помощью глубоко имплантированных электродов в локализованные области мозга ( глубокая стимуляция мозга ; DBS) вызывала как приятные, так и неприятные реакции у лабораторных животных и людей, как описано ранее. [1] [2] [3]
EBS может вызывать у кошек ритуальные, двигательные реакции притворной ярости путем стимуляции переднего гипоталамуса , а также более сложные эмоциональные и поведенческие компоненты «истинной ярости» как у экспериментальных животных путем стимуляции латерального гипоталамуса, так и у людей с помощью стимуляции латерального гипоталамуса. стимуляция различных глубоких областей мозга. EBS у пациентов с эпилепсией может вызывать судороги на поверхности мозга, а также патологическую агрессию и ярость при стимуляции миндалевидного тела. [3] [4]
Микроскопия двухфотонного возбуждения показала, что микростимуляция редко активирует нейроны вокруг электрода даже при низких токах (всего 10 мкА) на расстояниях до четырех миллиметров. Это происходит без особого выбора других нейронов, находящихся гораздо ближе к кончику электрода. Это связано с тем, что активация нейронов определяется тем, есть ли у них аксоны или дендриты , проходящие в радиусе 15 мкм вблизи кончика электрода. По мере увеличения тока объем вокруг кончика, который активирует аксоны и дендриты нейронов, увеличивается, и вместе с этим увеличивается количество активируемых нейронов. Активация, скорее всего, происходит за счет прямой деполяризации, а не за счет 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]
СЭБ в чувствительных к лицу участках веретенообразной извилины заставила больного сообщить, что лица людей, находившихся с ним в палате, «преобразовались» и исказились: «Нос у вас отвис, ушёл влево. [...] Изменилось только лицо, все остальное осталось прежним». [7]
Примерами терапевтического EBS являются:
Сильные электрические токи могут вызвать локальное поражение нервной ткани вместо функциональной обратимой стимуляции. Это свойство использовалось в нейрохирургических процедурах при различных методах лечения, например, при болезни Паркинсона , фокальной эпилепсии и психохирургии . Иногда тот же электрод используется для исследования мозга на предмет обнаружения дефектных функций перед прохождением повреждающего тока ( электрокоагуляция ).