Как восстановить работу мозга: Невролог рассказал, как восстановить работоспособность мозга после COVID

Содержание

Невролог рассказал, как восстановить работоспособность мозга после COVID

https://ria.ru/20210211/mozg-1597108769.html

Невролог рассказал, как восстановить работоспособность мозга после COVID

Невролог рассказал, как восстановить работоспособность мозга после COVID — РИА Новости, 11.02.2021

Невролог рассказал, как восстановить работоспособность мозга после COVID

Невролог Василий Грибанов рассказал в эфире телеканала «МИР 24», как вернуться в строй после COVID-19. РИА Новости, 11.02.2021

2021-02-11T19:36

2021-02-11T19:36

2021-02-11T23:49

распространение коронавируса

общество

здоровье

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/0c/12/1589962301_0:76:2000:1201_1920x0_80_0_0_57a2ecec2834a652d7b0af7f4abf8dae.jpg

МОСКВА, 11 фев — РИА Новости. Невролог Василий Грибанов рассказал в эфире телеканала «МИР 24», как вернуться в строй после COVID-19. По словам медика, для полноценного восстановления необходимо тренировать нервную систему. «Лепка, тренировка мелкой моторики увеличивают скорость восстановления нервной системы, тренируют», — сказал он. Врач также отметил, что употребление тяжелых для пищеварения продуктов — труднорастворимых жиров, белков — может только усилить «постковидный синдром», возможны нарушения сна. При этом специалист добавил, что больному для полной поправки необходимо от трех до шести месяцев. По его мнению, тяжелее придется жителям больших городов из-за очень активного ритма жизни.

https://ria.ru/20210211/oslozhnenie-1597099114.html

https://ria.ru/20210211/obonyanie-1597068417.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/0c/12/1589962301_20:0:1799:1334_1920x0_80_0_0_4fa2fded27784a6bd2010d4147638749.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

общество, здоровье

МОСКВА, 11 фев — РИА Новости. Невролог Василий Грибанов рассказал в эфире телеканала «МИР 24», как вернуться в строй после COVID-19.

По словам медика, для полноценного восстановления необходимо тренировать нервную систему.

11 февраля 2021, 18:41Распространение коронавирусаВрач назвала смертельно опасное осложнение при COVID-19

«Лепка, тренировка мелкой моторики увеличивают скорость восстановления нервной системы, тренируют», — сказал он.

Врач также отметил, что употребление тяжелых для пищеварения продуктов — труднорастворимых жиров, белков — может только усилить «постковидный синдром», возможны нарушения сна.

«Рекомендуется питание с обилием клетчатки: капуста, цельные злаки, фрукты, смородина, малина», — объяснил Грибанов.

При этом специалист добавил, что больному для полной поправки необходимо от трех до шести месяцев. По его мнению, тяжелее придется жителям больших городов из-за очень активного ритма жизни.

11 февраля 2021, 16:44Распространение коронавирусаВрач рассказала, кто чаще жалуется на потерю обоняния при коронавирусе

Нейробиолог посоветовала переболевшим COVID-19 изучать иностранные языки

После коронавируса у людей может снижаться уровень интеллекта, выяснили специалисты Имперского колледжа Лондона. Это связано с тем, что в нервные клетки не поступает достаточное количество кислорода и микроэлементов. Врачи рассказали «Газете.Ru», какие упражнения помогут улучшить когнитивные способности.

Чтобы избежать серьезных проблем с когнитивными навыками после коронавирусной инфекции, пациентам важно разгадывать кроссворды, изучать языки и заучивать стихотворения, сообщила «Газете.Ru» нейробиолог Татьяна Смирнова.

«Также существуют специальные книги-тренажеры, которые заявлены как повышающие IQ в них содержатся упражнения на составление анаграмм и сопоставление. Очень важен процесс «вспоминания» – когда мы что-то выучили и пытаемся вспомнить. Часто в этот момент мы чувствуем напряженность, потому что тогда и формируются новые нейронные связи», — сказала она.

Для поддержания интеллекта Смирнова также советует совершать привычные действия новыми способами.

«В период болезни и после нее важно делать что-то привычное не преобладающей рукой: например, чистить зубы, готовить еду. Также можно ходить на работу новыми маршрутами – любая такого рода новизна провоцирует формирование новых нейронных связей», — отмечает нейробиолог.

Восстановить когнитивные навыки после ковида также помогает занятие новым видом спорта.

«Кроме того, можно использовать гимнастику для мозга — это кинезиологические динамические упражнения двумя руками. Например кулачок-ладошка, где вы попеременно меняете позицию каждой руки», — сказала нейропсихолог Алина Плэчинтэ.

Полезны для активации работы мозга могут быть и дыхательные упражнения: вдох осуществляется через нос, а выдох — через рот медленно и подконтрольно.

«Пациенты должны делать дыхательные практики, которые повышают количество углекислого газа. Углекислый газ помогает восстановить нервную систему, так как расширяет сосуды и улучшает кровоток. Например, в этом случае могут быть полезны упражнения, когда мы надолго задерживаем дыхание после выдоха», — подчеркнула невролог Елена Голева.

Помимо этого, переболевшим COVID-19 важно минимизировать время, проведенное за гаджетами, а также поддерживать баланс витаминов и микроэлементов.

«Необходимо потреблять достаточное количество витамина С, витаминов группы В, цинк и магний. Это все довольно быстро расходуется, потому что они участвуют во всех биохимических процессах», — заключила Голева.

Как в домашних условиях восстановить нервную систему после коронавируса

Среди постковидных осложнений встречаются головная боль, депрессия, затуманенность мыслей. Действительно, коронавирусная инфекция способна оказать влияние на работу мозга, считает врач Сергей Агапкин. Кроме того, по мнению доктора и ведущего программы «О самом главном» на телеканале «Россия 1», само поведение людей во время пандемии оказывает значительное влияние на мозговую деятельность. К счастью, многих постковидных осложнений можно избежать.

Огромную роль в восстановлении памяти и улучшении мозговой деятельности после болезни играют питание и питьевой режим.

«Обязательно включите в рацион продукты, богатые омега-3: палтус, лосось, сельдь, сардины… Полиненасыщенные жирные кислоты необходимы для ликвидации повреждений центральной нервной системы», – говорит врач Сергей Агапкин.

Врач также советует есть свеклу, так как она содержит органический нитраты, которые расширяют кровеносные сосуды.

Восстановиться после болезни поможет, конечно, и здоровый сон. Его недостаток ухудшает работоспособность, память и внимание. Идеально отводить на сон 8-9 часов, потому что его избыток тоже может повлиять на когнитивные функции.

«Исследования показали, что у людей, которые спят меньше четырех или больше десяти часов в день, когнитивные функции снижаются», – говорит доктор Агапкин.

Вдобавок ко всему восстановить функции головного мозга поможет зарядка. После болезни мускулатура ослабевает, поэтому понадобится специальная гимнастика для восстановления сил и укрепления тела. К примеру, дыхательная гимнастика.

Кроме того, существуют лекарственные препараты, улучшающие работу мозга, но их должен назначать врач пациенту индивидуально.

Еще больше интересных новостей – в нашем Instagram и Telegram-канале @smotrim_ru

Тренировать мозг.

Как восстановить нервную систему после коронавируса | ЗДОРОВЬЕ: Медицина | ЗДОРОВЬЕ

Второй год человечество борется с пандемией коронавируса. До сих пор до конца неизвестно, какие последствия несет болезнь. Страдает весь организм, от сердечно-сосудистой системы до внутренних органов. Одни из самых частых симптомов – потеря обоняния, вкусовые изменения, головные боли – относятся к неврологическим нарушениям. Чем опасен ковид для нервной системы,

корреспондент «АиФ-Тюмень» узнала у врача персонализированной медицины, невролога клиники NEXIMA Дарьи Подгорбунских.

От легких до тяжелых

Сирень Бабаева, «АиФ-Тюмень»: Дарья Сергеевна, сейчас много говорят о новом штамме коронавируса. Уже можно сказать, как он отражается на нервной системе, есть ли какие-то отличия от уханьского штамма?

Дарья Подгорбунских: Во-первых, с последствиями нового штамма мы еще не сталкивались, особенно если говорить в контексте отдаленного исхода, потому что пока нет подтвержденных данных исследований дельта-штамма, статистики. Если с уханьской версией за год его существования мы уже успели познакомиться, знаем, что относится к неврологическим последствиям, как с ними бороться, то по дельта-штамму пока сложно делать выводы.

– Если говорить в целом о коронавирусе, без разделения на штаммы, то какие последствия для нервной системы бывают?

– Если рассуждать глобально, можно выделить две группы последствий: тяжелые постковидные осложнения, когда поражаются центральная нервная система, головной мозг и легкие.

При тяжелых осложнениях после коронавируса поражаются центральная нервная система и головной мозг. Фото: АиФ/ Сирень Бабаева

К серьезным относится то, с чем сталкивается человек после цитокинового шторма, например, делирии – резкое изменение образа мыслей и действий. Такие люди не могут концентрировать внимание на происходящем вокруг них, а их мышление становится неорганизованным.

Среди последствий COVID-19 – инфаркт, инсульт, энцефалит и синдром Гийена-Барре

Также к числу тяжелых относятся инфаркт, инсульт, энцефалит и синдром Гийена-Барре, требующий немедленной госпитализации и своевременного лечения, иначе не избежать инвалидизации или смерти.

Более легкие последствия знакомы многим переболевшим коронавирусом: потеря, нарушение обоняния, вкусовые изменения, головные боли не только на протяжении самого заболевания, но и в постковидный период, в последнее время часто встречаются либо обострения, либо вновь возникшие панические атаки. Также нередки такие когнитивные последствия, как нарушения памяти, концентрации внимания, когда вирус бьет по центральным функциям высшей нервной деятельности. Встречается нейропатия – чувствительные нарушения: боль либо слабость в ногах или руках, когда поражаются периферические нервные стволы. Протекает это очень тяжело, особенно у пожилых людей, когда из-за боли нарушается ходьба или сложно поднять руку.

С такими последствиями, как нарушение памяти или обоняния, бороться сложно, потому что специфического лечения, волшебной таблетки нет, требуются время и комплекс мероприятий, чтобы вывести больного из этого состояния.

– А как отличить головную боль постковидную от обычной, ведь и без коронавируса с этой проблемой сталкиваются многие?

– Даже если человек явно не переболел коронавирусом, но мучают головные боли, нужно прийти к неврологу, а он уже соберет анамнез, назначит обследования и определит, почему возникло такое состояние, назначит лечение. В любом случае головная боль должна насторожить. Если это постковидные боли, нужно будет больше работать на нейропротекцию – восстановление нейронных связей, чтобы помочь им заработать так, как до перенесенной инфекции. Это будет постепенный выход из постковидного синдрома, быстро восстановиться не получится.

– А из-за чего возникают нарушения памяти?

– Это связано с нарушением нейронных связей. Триггер – запускной механизм – вирус. Мы никогда не можем сказать со стопроцентной уверенностью, что нейронные связи будут восстановлены до прежнего состояния, но можем приложить усилия и помочь нашему головному мозгу стать как прежде.

– Что для этого нужно сделать?

– Начать с банальных, но важных вещей, таких как соблюдение режима труда и отдыха, полноценного сна, когнитивной гимнастики: чтение, заучивание стихов. Пока мы не заставим мозг работать, он не будет это делать сам. Самообучение, медикаментозные препараты в комплексе с аппаратным лечением, которое есть в нашей клинике, помогают нервным клеткам восстановиться после перенесенного вируса.

Без лишней нагрузки

– Нужна ли всем переболевшим коронавирусом обязательная реабилитация нервной системы?

– Центральная нервная система регулирует весь организм, поэтому ее восстановлению нужно уделить не меньшее внимание, чем реабилитации легких или сердечно-сосудистой. Но что именно восстанавливать, зависит от того, что поражено. Если когнитивные нарушения, мы будем заставлять мозг запоминать, если чувствительные – заставлять ходить, делать массажи, ванночки, чтобы помочь восстановиться нервным волокнам в этом месте, если поражены обонятельные луковички обонятельного тракта, то будем нюхать запахи, стараться их отличать и запоминать, нам нужно наладить связь головного мозга с периферической нервной системой. К каждому случаю будет свое упражнение, но помимо физической нагрузки, организму могут помочь восстановиться современные технологии, такие как гипокситерапия, электросон и другие.

Восстановлению ЦНС нужно уделять не меньшее внимание, чем реабилитации легких или сердечно-сосудистой.
Фото: Из личного архива/ Дарья Подгорбунских

– Нужно ли больным коронарвирусом профилактировать возможные последствия для нервной системы?

-Если есть даже малейшие нарушения, например, бессонница, затрудненное засыпание или постоянные пробуждения, которые часто встречаются после ковида, нужно обратиться к специалистам.

– Могут ли последствия вируса пройти самостоятельно?

– Все зависит от возраста и организма человека. У кого-то проходит сразу после болезни, у кого-то через полгода. Какой срок, наверно, зависит от реактивности нервной и иммунной систем. Самое главное – не нагружать организм сразу после выздоровления. Физические нагрузки, привычные занятия спортом нужно вводить постепенно и дозировано. Помните, организм еще слаб, дайте ему время восстановиться.

Восстановление головного мозга после травм и поражений

Черепно-мозговая травма (ЧМТ) – органическое поражение мозга и мозговых структур (оболочек, сосудов, нервов), возникающее вследствие механического повреждения головного мозга.

В результате механического воздействия происходит разрыв или повреждение нервных волокон, что приводит к нарушению передачи нервного импульса. Такие повреждения могут возникнуть в различных зонах мозга, отвечающих за речь, слух, восприятие, внимание, память.

Поэтому у разных людей в результате ЧМТ могут возникнуть разные проблемы – с памятью, вниманием, восприятием и узнаванием. Результатом черепно-мозговых травм часто становятся нарушения мышления, эмоциональной сферы (депрессия, раздражительность), нарушения слуха, письма, счета, чтения и речи.

Большинство таких нарушений могут быть компенсированы. После лечения ЧМТ, полученного в стационаре, пациент нуждается в реабилитации (устранении последствия черепно-мозговой травмы), направленной на восстановление утраченных функций.

В Центре речевой неврологии «ДокторНейро» состояние каждого пациента оценивает междисциплинарная команда специалистов. Врачи оценивают проблему комплексно, каждый с точки зрения своей специализации. В диагностике последствий ЧМТ используются различные методы функциональной диагностики. Весь процесс вашей реабилитации будет проходить под контролем опытного врача невролога. Он изучит анамнез, назначит обследование и консилиум врачей, подберет медикаментозную и сопутствующую терапию, будет контролировать ход реабилитации.

«Восстановительное обучение можно начинать в любой период, однако первый год после травмы и выхода из острого состояния является наиболее важным для достижения максимальных результатов»

Кривцова Юлианна Павловна,
Врач невролог
первой категории

Обследование

Врач-невролог

Реабилитация после ЧМТ начинается с приема врача-невролога. Врач проводит осмотр, изучает уже имеющуюся медицинскую документацию (выписка, заключения КТ, МРТ) и при необходимости назначает дополнительное обследование. Это могут быть функциональная диагностика, компьютерная диагностика, лабораторные исследования и обследование пациента другими специалистами. Объем необходимого обследования невролог определяет индивидуально в каждом отдельном случае.

Цель обследований – оценить объем, степень и вид нарушений, возникших в результате травматического воздействия. По результатам такого комплексного обследования (диагностики) врач сможет назначить терапию и разработать реабилитационный маршрут.

ЭЭГ

Электроэнцефалограмма позволяет оценить функциональное состояние биоэлектрической активности головного мозга на предмет выявления или исключения патологий функционирования в отдельных его участках.

УЗДГ

Ультразвуковая допплерография (УЗДГ) сосудов головы, шеи назначается для оценки степени артериального и венозного кровотока, исключения косвенных признаков венозной и внутричерепной гипертензии, диагностики ангиоспазма сосудов.

Окулист

Невролог может назначить дополнительную консультация врача-окулиста с целью исключения патологии со стороны глазного дна. Застойные явления на глазном дне могут служить свидетельством гипоксии головного мозга, что очень важно для подбора медикаментозной терапии.

Нейропсихолог

С помощью специальных методов нейропсихологической диагностики нейропсихолог выявляет нарушения в работе высших психических функций, возникшие в результате черепно-мозговой травмы. Специалист оценивает состояние памяти, внимания, мышления пациента, а также состояние его эмоциональной сферы (наличие агрессии, раздражительности, депрессии) – именно с выявленными в ходе обследования проблемами нейропсихолог будет работать в процессе нейрореабилитации пациента.

Логопед

Логопед оценивает состояние речи пациента в случае, если она повреждена.

Лечение

На основании проведенного комплексного обследования и установлении степени повреждения высших психических функций врачом-неврологом назначается индивидуальная программа нейрореабилитации: как необходимая медикаментозная терапия, так и восстановительные занятия с нейропсихологом и логопедом.

В качестве эффективного инновационного метода лечения невролог может назначить метод транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС). Это современная неинвазивная методика терапии неврологических нарушений. Эффективность ТМС доказана как зарубежным, так и российским опытом.

Принцип действия ТМС заключается в безболезненном и безопасном воздействии кратковременных магнитных импульсов на пораженные нервные клетки коры головного мозга, что на порядок ускоряет восстановление функции участков головного мозга, утраченных в результате травматического воздействия.

ТМС может быть назначена как монотерапия, так и работать в комплексе с медикаментозной терапией.

Симптомы ЧМТ при недавнем ударе головой

  • Головные боли,
  • Головокружения,
  • Потеря сознания даже на несколько секунд,
  • Засыпание в течение первых двух часов,
  • Тошнота, рвота,
  • Нарушения зрения: резь в глазах, смещение (раздваивание) изображения,
  • Шум в ушах,
  • Ретроградная амнезия (после удара из памяти пострадавшего могут выпасть события длительностью от нескольких секунд до 2-х часов).

Симптомы ЧМТ, произошедшей в результате удара головой в прошлом (иногда спустя 3-5 лет)

  • Частые головные боли,
  • Нарушение сна и/или цикла «сон/бодрствование»,
  • Нарушения зрения,
  • Нарушение когнитивных функций (нарушение памяти, концентрации внимания, утомляемость, сложности с соблюдением последовательности действия и др.).

Проблемы с памятью после ковида: как восстановить работу мозга

Переболевшие COVID-19 нередко страдают от проблем с памятью и зачастую не придают этому значение. Вирус без труда воздействует на нервную ткань и приводит не только к амнезии, но и к тревожным расстройствам и депрессии. Восстановиться после ковида помогут психотерапевтический курс, активная мыслительная деятельность и здоровый образ жизни.

Главный психиатр Минздрава России Зураб Кекелидзе рассказал РБК, что во время постковидного синдрома у человека появляются раздражительность, одышка и частичная амнезия. По словам медика, больной поначалу не осознает, что ковид принес что-то плохое, и ни на что не жалуется врачу. Но в реальности он просто неправильно оценивает свое состояние.

При заражении коронавирусом у человека нарушается гематоэнцефалический барьер, защищающий нервную ткань от токсинов, микроорганизмов, клеточных и гуморальных факторов иммунной системы, для которых ткань мозга чужеродная.

Почти у всех, кто перенес ковид, наблюдается частичная потеря памяти — они начинают забывать те или иные слова. А у спортсменов появилась одышка после физических упражнений, хотя раньше такого не было.

Постковидный синдром может продолжаться до трех месяцев, но вакцинация от коронавируса помогает снизить тяжесть течения болезни и «ковидного хвоста».

Память и ковид

Специалисты рассказали, почему ковид воздействует на мозг и негативно влияет на его деятельность. Главный невролог Московского областного научно-исследовательского клинического института имени Владимирского Ольга Штанг объяснила «360», что одно из свойств ковида — это тропизм, то есть прямое воздействие вируса на нервную ткань.

Вирус поражает обонятельные нервы, легко проходит через гематоэнцефалический барьер и напрямую достигает лимбической системы. Туда как раз входят гипоталамус и гипофиз, которые участвуют в формировании функций памяти

О проблемах с памятью после СОVID-19 говорили некоторые российские знаменитости. Певица Слава призналась, что дважды переболела ковидом и стала забывать слова собственных песен, написал сайт kp.ru. Из-за этого артистке пришлось распечатывать тексты и брать их с собой на сцену.

Телеведущая Лариса Гузеева тоже перенесла ковид и столкнулась с проблемами с памятью. Артистка призналась, что забывает слова и иногда не помнит, о чем начинала говорить, писало радио «КП».

В рамках постковидного расстройства у человека может возникнуть не только забывчивость и одышка, но и более тяжелые осложнения. Невролог, доцент кафедры неврологии и нейрохирургии КГМУ Рустем Гайфутдинов напомнил «360», что ковид может привести к гипоксии, тромбозам и инсультам. Но чаще всего встречаются тревожные расстройства.

Помощь мозгу

Но даже после пагубного воздействия вируса на мозг у пациентов есть шансы восстановиться. Рустем Гайфутдинов отметил, что тем, кто страдает тревогой и депрессией после ковида, стоит пройти психотерапевтический курс со специалистом.

«Беседы со специалистом очень важны. Человек должен понять, что его тревоги — это проходящее, что нет причин для беспокойства», — отметил специалист.

Ковид может вызвать различные нарушения работы мозга, и для каждого потребуется индивидуальное лечение. В целом для восстановления нормальной деятельности мозга и улучшения памяти медики также посоветовали пройти нейропроективную и нейрометаболическую терапии.

Постковидный синдром особенно опасен для людей старше 65 лет, у которых чаще, чем у других, возникает болезнь Альцгеймера. Ее симптомы напоминают «ковидный хвост»: забывчивость и снижение концентрации внимания. Гайфутдинов напомнил, что ковид может ускорить появление деменции, особенно при тяжелых течениях болезни.

Если у пожилого человека есть генетическая предрасположенность к этому заболеванию, а также постковидный синдром, то ему стоит обратиться в кабинеты нарушений памяти в поликлиниках. В них с пациентами работают неврологи и психиатры, которые диагностируют и лечат когнитивные нарушения.

Для восстановления памяти важна и самостоятельная работа. Неврологи посоветовали почаще заниматься творческой деятельностью, изучать иностранные языки. Помимо активизации мыслительной деятельности, для профилактики можно также вести здоровый образ жизни, избавляться от малоподвижности, а также контролировать уровень холестерина и сахара в крови.

Ученые создали наночастицы, снабжающие клетки мозга кислородом после инсульта — Наука

ТАСС, 19 мая. Китайские исследователи создали фотосинтезирующие частицы, которые могут снабжать клетки мозга кислородом во время инсультов. Это предотвращает массовую гибель нейронов, пишут ученые в научном журнале ACS Nano Letters.

«Мы создали наночастицы, способные вырабатывать кислород при их облучении инфракрасным излучением. Как показали наши опыты, подобная процедура защищает нейроны от гибели при инсульте, а также улучшает работу мозга впоследствии – в результате того, что эти частицы стимулируют рост новых кровеносных сосудов», – пишут исследователи.

Инсульты и другие формы кровоизлияний в мозг стали одной из главных причин преждевременной смерти людей в большинстве развитых стран мира – наряду с инфарктами, сердечной недостаточностью и различными формами раковых опухолей. По статистике Всемирной организации здравоохранения, жертвами инсультов становятся около 15 млн людей ежегодно. 5 млн из них умирают, а еще 5 – становятся инвалидами.

Без кислорода нейроны могут прожить всего около 6-7 минут. Поэтому из-за инсультов клетки часто массово гибнут в тех областях мозга, где кровообращение было нарушено. Причем многие из них гибнут уже после восстановления циркуляции кислорода. В последние годы медики и биологи активно работают над созданием препаратов, которые способны защитить нейроны от гибели и предотвратить развитие самых тяжелых последствий инсультов.

Медики и химики под руководством профессора Хуачжунского университета науки и технологий (Китай) Вана Линя нашла необычное решение для этой проблемы. Они научились снабжать клетки мозга кислородом с помощью наночастиц, начиненных колониями цианобактерий.

По словам исследователей, некоторые подобные микробы могут захватывать углекислый газ из окружающей среды практически неограниченно долго и превращать его в кислород, не требуя никаких других реагентов, кроме света Солнца. Теоретически благодаря этому их можно использовать для снабжения различных тканей тела кислородом, если найти способ «подсветить» колонии бактерий внутри организма человека.

Ван Линь и его коллеги выяснили, что эту задачу можно решить, используя специализированные наночастицы. Они служат капсулой, внутрь которой помещаются микробы, и одновременно преобразуют инфракрасное излучение во вспышки видимого света. Кроме того, эти оболочки служат барьером, который препятствует проникновению в организм человека потенциально опасных продуктов жизнедеятельности микробов.

Работу этих наночастиц ученые проверили на культурах нейронов и на обычных лабораторных мышах. Во время этих экспериментов биологи вызвали у грызунов искусственный аналог инсульта, перекрыв кровоснабжение в некоторых артериях их мозга, после чего попытались защитить нейроны от последствий его развития при помощи фотосинтезирующих бактерий, подсветив их при помощи инфракрасного лазера.

Как оказалось, наночастицы успешно справились с этой задачей, практически удвоив число выживших нейронов в культуре клеток, а также уменьшив объем и площадь поврежденных участков мозга в голове мышей на 51% и 60% соответственно. Это значительно снизило остроту нарушений в его работе, связанных с инсультом, а также улучшило координацию движений и когнитивные способности грызунов.

Наночастицы продолжали улучшать работу мозга и после того, как его кровоснабжение было полностью восстановлено. Как предполагают ученые, это связано с тем, что они подавляли воспаления и способствовали росту новых сосудов, что дополнительно повышало шансы нейронов на выживание после перенесенного кислородного голода.

Последующие опыты и клинические испытания, как надеются ученые, подтвердят безопасность и эффективность фотосинтезирующих наночастиц для здоровья пациентов, что откроет дорогу для их использования при лечении инсультов и прочих сбоев в работе кровеносной системы, приводящих к гипоксии.

Восстановление мозгового кровообращения и клеточных функций в часах после смерти

  • 1.

    Кети С. С. Кровообращение и метаболизм головного мозга человека. Мозг Res. Бык . 50 , 415–416 (1999).

    КАС Статья Google Scholar

  • 2.

    Dirnagl, U., Iadecola, C. & Moskowitz, M.A. Патобиология ишемического инсульта: интегрированный взгляд. Trends Neurosci . 22 , 391–397 (1999).

    КАС Статья Google Scholar

  • 3.

    Кислер К., Нельсон А. Р., Монтань А. и Злокович Б. В. Регуляция мозгового кровотока и нейроваскулярная дисфункция при болезни Альцгеймера. Нац. Преподобный Нейроски . 18 , 419–434 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 4.

    Вагнер, С. Р., И. В. и Ланье, В. Л. Метаболизм глюкозы, гликогена и высокоэнергетических фосфатов при полной церебральной ишемии.Сравнение нормогликемических, хронически гипергликемических диабетических и остро гипергликемических крыс без диабета. Анестезиология 81 , 1516–1526 (1994).

    КАС Статья Google Scholar

  • 5.

    Hoxworth, J.M., Xu, K., Zhou, Y., Lust, W.D. & LaManna, J.C. Церебральный метаболический профиль, селективная потеря нейронов и выживание крыс с острой и хронической гипергликемией после остановки сердца и реанимации. Мозг Res . 821 , 467–479 (1999).

    КАС Статья Google Scholar

  • 6.

    Borjigin, J. et al. Всплеск нейрофизиологической когерентности и связности в умирающем мозгу. Проц. Натл акад. науч. США 110 , 14432–14437 (2013 г.).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 7.

    Коул, С. Л. и Кордей, Э.Четырехминутный лимит для сердечной реанимации. Дж. Ам. Мед. Доцент . 161 , 1454–1458 (1956).

    КАС Статья Google Scholar

  • 8.

    Grenell, R.G. Сопротивление центральной нервной системы: последствия временной остановки мозгового кровообращения на период от двух до десяти минут. Дж. Невропатол. Эксп. Нейрол . 5 , 131–154 (1946).

    КАС Статья Google Scholar

  • 9.

    Грир, Д.М. Механизмы повреждения при гипоксически-ишемической энцефалопатии: последствия для терапии. Семин. Нейрол . 26 , 373–379 (2006).

    Артикул Google Scholar

  • 10.

    Stys, P.K., Waxman, S.G. & Ransom, B.R. Na + -Ca 2+ обменник опосредует приток Ca 2+ во время аноксии в белом веществе центральной нервной системы млекопитающих. Энн. Нейрол . 30 , 375–380 (1991).

    КАС Статья Google Scholar

  • 11.

    Вил Дж. Дж., Макманус Д. К., Кэди К., Эванс М. С. и Брюэр, Г. Дж. Температура и временной интервал для культивирования посмертных нейронов коры головного мозга взрослых крыс. J. Neurosci. Рез. 64 , 311-211 (2001).

    КАС Статья Google Scholar

  • 12.

    Verwer, R. W. et al. Клетки в посмертных срезах ткани головного мозга человека остаются живыми в течение нескольких недель в культуре. FASEB J . 16 , 54–60 (2002).

    КАС Статья Google Scholar

  • 13.

    Onorati, M. et al. Вирус Зика нарушает локализацию фосфо-TBK1 и митоз в нейроэпителиальных стволовых клетках человека и радиальной глии. Cell Rep. 16 , 2576-2592 (2016).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 14.

    Чарпак С.& Audinat, E. Остановка сердца у грызунов: максимальная продолжительность, совместимая с восстановлением активности нейронов. Проц. Натл. акад. наука . 95 , 4748–4753 (1998).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 15.

    Barksdale, K.A. et al. Жизнеспособность митохондрий в посмертном мозге мыши и человека. FASEB J . 24 , 3590–3599 (2010).

    КАС Статья Google Scholar

  • 16.

    Хоссманн, К. А. и Циммерманн, В. Реанимация головного мозга обезьяны после 1-часовой полной ишемии. I. Физиологические и морфологические наблюдения. Мозг Res . 81 , 59–74 (1974).

    КАС Статья Google Scholar

  • 17.

    Zimmermann, V. & Hossmann, K.A. Реанимация головного мозга обезьяны после полной ишемии в течение одного часа. II. Мозговая вода и электролиты. Мозг Res . 85 , 1–11 (1975).

    КАС Статья Google Scholar

  • 18.

    Kleihues, P., Hossmann, K.A., Pegg, A.E., Kobayashi, K. & Zimmermann, V. Реанимация головного мозга обезьяны после полной ишемии в течение часа. III. Признаки метаболического восстановления. Мозг Res . 95 , 61–73 (1975).

    КАС Статья Google Scholar

  • 19.

    Хоссманн, К. А. и Сато, К.Восстановление функции нейронов после длительной ишемии головного мозга. Наука 168 , 375–376 (1970).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 20.

    Hughes, A., Riou, P. & Day, C. Полное неврологическое восстановление после глубокой (18,0 °C) острой случайной гипотермии: успешная реанимация с использованием активных инвазивных методов согревания. Аварийный. Мед. Дж . 24 , 511–512 (2007).

    Артикул Google Scholar

  • 21.

    Albers, G.W. et al. Тромбэктомия при инсульте в сроки от 6 до 16 часов с отбором по перфузионной визуализации. Н. англ. Дж. Мед . 378 , 708–718 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 22.

    Haws, C.W., Gourley, J.K. & Heistad, D.D. Влияние нимодипина на мозговой кровоток. Дж. Фармакол. Эксп. . 225 , 24–28 (1983).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  • 23.

    Schmidt, V. Сравнительная анатомия мозга свиньи: интегративное магнитно-резонансное исследование (МРТ) мозга свиньи с особым акцентом на внешнюю морфологию коры головного мозга . Диссертация Гиссенского университета Юстуса Либиха (2015).

  • 24.

    Конрад М.С., Дилгер Р.Н. и Джонсон Р.В. Рост мозга домашней свиньи ( Sus scrofa ) в возрасте от 2 до 24 недель: продольное МРТ-исследование. Дев. Нейроски . 34 , 291–298 (2012).

    КАС Статья Google Scholar

  • 25.

    Watanabe, H. et al. Статистический атлас головного мозга геттингенской минисвиньи на основе МРТ. Neuroimage 14 , 1089–1096 (2001).

    КАС Статья Google Scholar

  • 26.

    Sarwar, M. & McCormick, W.F. Уменьшение размеров желудочков и борозд после смерти. Радиология 127 , 409–411 (1978).

    КАС Статья Google Scholar

  • 27.

    Offiah, C.E. & Dean, J. Посмертная КТ и МРТ: соответствующие визуальные проявления и изменения, связанные с сердечно-легочной реанимацией. руб. Дж. Радиол . 89 , 20150851 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 28.

    Schmidt-Kastner, R. & Freund, TF. Избирательная уязвимость гиппокампа при ишемии головного мозга. Неврология 40 , 599–636 (1991).

    КАС Статья Google Scholar

  • 29.

    Crain, B.J., Westerkam, W.D., Harrison, A.H. & Nadler, J.V. Избирательная гибель нейронов после транзиторной ишемии переднего мозга у монгольской песчанки: исследование импрегнации серебром. Неврология 27 , 387–402 (1988).

    КАС Статья Google Scholar

  • 30.

    Horn, M. & Schlote, W. Отсроченная гибель нейронов и отсроченное восстановление нейронов в человеческом мозге после глобальной ишемии. Акта Нейропатол . 85 , 79–87 (1992).

    КАС Статья Google Scholar

  • 31.

    Холм, И. Э. и Уэст, М. Дж. Гиппокамп домашней свиньи: стереологическое исследование объемов подразделений и количества нейронов. Гиппокамп 4 , 115–125 (1994).

    КАС Статья Google Scholar

  • 32.

    Félix, B. et al. Стереотаксический атлас мозга свиньи. Мозг Res. Бык . 49 , 1–137 (1999).

    Артикул Google Scholar

  • 33.

    Olmos-Serrano, J.L. et al. Транскриптом головного мозга при синдроме Дауна выявляет дефекты дифференцировки и миелинизации олигодендроцитов. Нейрон 89 , 1208–1222 (2016).

    КАС Статья Google Scholar

  • 34.

    Budde, M.D. & Frank, J.A. Нейритовые гранулы достаточны для снижения кажущегося коэффициента диффузии после ишемического инсульта. Проц. Натл акад. науч. США 107 , 14472–14477 (2010 г.).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 35.

    Shin, W.H. et al. Микроглия, экспрессирующая интерлейкин-13, подвергается гибели клеток и способствует выживанию нейронов in vivo . Glia 46 , 142–152 (2004).

    Артикул Google Scholar

  • 36.

    Park, K.W., Lee, H.G., Jin, B.K. & Lee, Y.B. Интерлейкин-10, эндогенно экспрессируемый в микроглии, предотвращает липополисахарид-индуцированную нейродегенерацию в коре головного мозга крыс in vivo . Экспл. Мол. Мед . 39 , 812–819 (2007).

    КАС Статья Google Scholar

  • 37.

    Ковальски, Дж., Ган, Дж., Йонас, П. и Перниа-Андраде, А. Дж. Внутренние свойства мембран определяют дифференциальный паттерн возбуждения гиппокампа in vivo у анестезированных крыс. Гиппокамп 26 , 668–682 (2016). https://doi.org/10.1002/hipo.22550.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  • 38.

    Симкин Д. и др. Связанная со старением повышенная возбудимость в пирамидных нейронах СА3 опосредована усиленной функцией и экспрессией каналов A-типа K + . Дж. Нейроски . 35 , 13206–13218 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 39.

    Lam, T.I. et al. Снижение внутриклеточного рН предотвращает эксайтотоксическую и ишемическую гибель нейронов за счет ингибирования НАДФН-оксидазы. Проц. Натл акад. науч. США 110 , E4362–E4368 (2013 г.).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 40.

    Hinzen, D.H. et al. Метаболизм и функции головного мозга собак, восстанавливающихся после длительной ишемии. утра. Дж. Физиол . 223 , 1158–1164 (1972).

    КАС Статья Google Scholar

  • 41.

    Hirsch, H., Oberdorster, G., Zimmer, R., Benner, K. U. & Lang, R. Восстановление электрокортикограммы нормотермического мозга собак после полной церебральной ишемии. Арх. психиатр. Нервенкр . 221 , 171–179 (1975).

    КАС Статья Google Scholar

  • 42.

    Hirsch, H., Euler, K.H. & Schneider, M. Восстановление и реанимация головного мозга после ишемии в условиях нормотермии. Арка Пфлюгера. Gesamte Physiol. Menschen Tiere 265 , 281–313 (1957).

    КАС Статья Google Scholar

  • 43.

    Хоссманн, К. А.& Sato, K. Влияние ишемии на функцию сенсомоторной коры у кошек. Электроэнцефалогр. клин. Нейрофизиол . 30 , 535–545 (1971).

    КАС Статья Google Scholar

  • 44.

    Siesjö, B. K. Повреждение клеток головного мозга: спекулятивный синтез. Дж. Цереб. Кровоток Метаб . 1 , 155–185 (1981).

    Артикул Google Scholar

  • 45.

    Farahany, N.A. et al. Этика экспериментов с тканями человеческого мозга. Природа 556 , 429–432 (2018).

    КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google Scholar

  • 46.

    Stacy, M. R. et al. Мультимодальный подход к визуализации для серийной оценки региональных изменений артериогенеза нижних конечностей и тканевой перфузии на модели заболевания периферических артерий у свиней. Обр. Кардиовас. Imaging 7 , 92–99 (2014).

    Артикул Google Scholar

  • 47.

    Keep, R. F., Hua, Y. & Xi, G. Содержание воды в мозге. Неверное измерение? Перевод. Разрешение хода . 3 , 263–265 (2012).

    Артикул Google Scholar

  • При повреждении мозг взрослого человека восстанавливается, возвращаясь к началу — ScienceDaily

    Когда клетки мозга взрослого человека повреждаются, они возвращаются в эмбриональное состояние, согласно новым данным, опубликованным в выпуске журнала от 15 апреля 2020 г. Nature исследователями из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего с коллегами из других стран.Ученые сообщают, что в своем недавно принятом незрелом состоянии клетки становятся способными повторно выращивать новые связи, которые при правильных условиях могут помочь восстановить утраченную функцию.

    Восстановление повреждений головного и спинного мозга может быть самой сложной задачей медицинской науки. Еще сравнительно недавно это казалось невыполнимой задачей. Новое исследование излагает «транскрипционную дорожную карту регенерации во взрослом мозге».

    «Используя невероятные инструменты современной неврологии, молекулярной генетики, вирусологии и вычислительной мощности, мы впервые смогли определить, как весь набор генов во взрослой клетке мозга перезагружается, чтобы регенерировать.Это дает нам фундаментальное представление о том, как на уровне транскрипции происходит регенерация», — сказал старший автор Марк Тушински, доктор медицинских наук, профессор неврологии и директор Института трансляционной неврологии в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего.

    Используя модель мыши, Тушински и его коллеги обнаружили, что после повреждения зрелые нейроны во взрослом мозге возвращаются в эмбриональное состояние. — Кто бы мог подумать, — сказал Тушинский. «Всего 20 лет назад мы думали о взрослом мозге как о статичном, окончательно дифференцированном, полностью установленном и неизменном.»

    Но в работе Фреда «Расти» Гейджа, доктора философии, президента и профессора Института биологических исследований Солка и адъюнкт-профессора Калифорнийского университета в Сан-Диего, и других было обнаружено, что новые клетки мозга постоянно производятся в гиппокампе и субвентрикулярной зоне, пополняя эти области мозга на протяжении всей жизни.

    «Наша работа еще больше радикализирует эту концепцию», — сказал Тушинский. «Способность мозга восстанавливать или заменять себя не ограничивается только двумя областями. Вместо этого, когда взрослая мозговая клетка коры повреждается, она возвращается (на уровне транскрипции) к эмбриональному корковому нейрону. И в этом возвращенном, гораздо менее зрелом состоянии он теперь может отрастить аксоны, если ему будет предоставлена ​​среда для роста. На мой взгляд, это самая примечательная черта исследования, и она просто шокирует».

    Чтобы создать «благоприятную среду для повторного роста», Тушински и его коллеги исследовали, как поврежденные нейроны реагируют на травму спинного мозга. В последние годы исследователи значительно расширили возможности использования трансплантированных нервных стволовых клеток для стимулирования восстановления поврежденного спинного мозга и восстановления утраченной функции, в основном за счет того, что нейроны вытягивают аксоны через место повреждения, воссоединяя разорванные нервы.

    Например, в прошлом году междисциплинарная группа под руководством Коби Коффлера, доктора философии, доцента нейробиологии, Тушински и Шаочена Чена, доктора философии, профессора наноинженерии и преподавателя Института инженерии в медицине Калифорнийского университета в Сан-Диего , описал использование имплантатов, напечатанных на 3D-принтере, для стимулирования роста нервных клеток при травмах спинного мозга у крыс, восстановления связей и утраченных функций.

    Последнее исследование преподнесло второй сюрприз: в стимулировании роста и восстановления нейронов один из основных генетических путей включает ген гентингтина (HTT), который при мутации вызывает болезнь Хантингтона, разрушительное заболевание, характеризующееся прогрессирующим разрушением нервных клеток. в мозгу.

    Команда Тушинского обнаружила, что «регенеративный транскриптом» — совокупность молекул матричной РНК, используемых корково-спинномозговыми нейронами — поддерживается геном HTT. У мышей, генетически модифицированных без гена HTT, травмы спинного мозга показали значительно меньшее прорастание и регенерацию нейронов.

    «Несмотря на то, что было проделано много работы, чтобы понять, почему мутации гентингтина вызывают болезни, гораздо меньше известно о нормальной роли гентингтина», — сказал Тушински.«Наша работа показывает, что гентингтин необходим для обеспечения восстановления нейронов головного мозга. Таким образом, мутации в этом гене, по прогнозам, приведут к потере способности взрослого нейрона восстанавливаться. Это, в свою очередь, может привести к медленной дегенерации нейронов, которая приводит к болезни Гентингтона».

    Как восстановить здоровье мозга?

    Что такое здоровье мозга? Смеяться, чувствовать, говорить, вспоминать, делиться, работать, учиться и т. д. Все эти психические процессы нуждаются в нашем мозге, и для того, чтобы все эти процессы работали хорошо, нам необходимо хорошее здоровье мозга.Активный ум и здоровый мозг ближе к нам, чем мы думаем.

    Наука доказывает, что рутина — враг нашего мозга, и что она препятствует нашему психическому здоровью. Мы должны заставить наш мозг выполнять меньше автоматических действий, таких как чтение, кино, прогулки, изменение диеты, физические упражнения, игры, планирование прогулок или поездок… Вот некоторые виды деятельности, которые могут помочь улучшить здоровье нашего мозга и снизить вероятность одновременного развития дегенеративного заболевания.

    Мозг — самый хрупкий и самый ценный орган, который у нас есть, поэтому так важно заботиться о нем. Здоровье мозга отвечает за улучшение нашего настроения, достижение целей или даже улучшение личных результатов.

    В целом, мы очень мало знаем о том, как заботиться о мозге, но наука и нейропсихология показали нам, что регулярные тренировки нашего мозга могут принести значительную пользу людям всех возрастов, у которых когнитивные нарушения вызваны болезнью , состояние или травма головного мозга.

    CogniFit («КогниФит») предлагает различные тесты и программы тренировок, предназначенные только для исследовательских целей и помогающие получить дополнительные знания о мозге и различных состояниях.

    Синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) является одним из наиболее распространенных психических расстройств, развивающихся у детей . У детей с СДВГ нарушено функционирование дома, в школе и в отношениях со сверстниками. Если не лечить, расстройство может привести к долгосрочным побочным эффектам.

    Инсульт может повлиять на память, мышление и поведение . Реабилитация определенных когнитивных навыков может помочь справиться с последствиями инсульта.

    Депрессия и здоровье мозга

    Депрессия может вызвать общее ухудшение в академической, социальной, профессиональной и личной сферах.Одним из наиболее распространенных является нарушение когнитивных способностей.

    Chemo Fog-Chemo Brain and Brain Health

    Общеизвестно, что людей, получающих химиотерапию по поводу рака, имеют более высокий риск развития когнитивных нарушений в более позднем возрасте, чем те, кто никогда не проходил химиотерапию. Пациенты, которых лечили более высокими дозами химиотерапии, имеют более высокий риск, чем те, кто лечился.

    Бессонница и здоровье мозга

    Трудно определить, какие изменения могут быть причиной или следствием недостатка сна.Однако есть ряд когнитивных способностей, которые постоянно нарушаются у людей, страдающих бессонницей и другими проблемами со сном.

    Болезнь Паркинсона и здоровье мозга

    Болезнь Паркинсона (БП) характеризуется прежде всего влиянием, которое она оказывает на двигательные функции ; его симптомы включают дрожь, скованность конечностей, замедленность движений и общую постуральную нестабильность. Заболевание обычно поражает людей старше 50 лет. Ранние симптомы БП малозаметны и проявляются постепенно.

    Как сохранить здоровье мозга в старости

    Доктор Эрик Б. Ларсон
    Исполнительный директор, Kaiser Permanente Washington Health Research Institute

    В чем секрет сохранения остроты ума и здоровья мозга по мере взросления? Загадки онлайн? Пищевые добавки? Прогулка по торговому центру? Турниры по пиклболу?

    Правда в том, что не существует единого «чудесного лекарства» от проблем с памятью или других возрастных изменений мозга.Но есть повод для оптимизма. Наука указывает на 90 485 комбинаций 90 486 социальных факторов и здоровых привычек, которые, взятые вместе, могут помочь вам построить, сохранить и защитить функции вашего мозга с течением времени.

    Предотвращение потери памяти

    Раньше эксперты считали, что пик развития мозга приходится на поздний подростковый возраст, а затем все идет под откос. Они считали, что если человек потерял клетки мозга из-за таких проблем, как травма головы, инсульт или злоупотребление психоактивными веществами, ничего нельзя было сделать для восстановления памяти и функций мозга.Теперь, благодаря открытиям в области неврологии, мы знаем, что мозг может выращивать новые клетки и формировать новые нейронные связи. Подобно нашим мышцам и другим частям тела, мозг может восстанавливаться за счет многократного использования и упражнений.

    Это отличная новость для людей, которые намерены жить долго. Это означает, что мы можем предотвратить потерю памяти, сосредоточившись на умственной, физической и социальной деятельности, которая способствует здоровому развитию мозга. Даже люди с болезнью Альцгеймера и другими деменциями могут извлечь пользу из здорового образа жизни.

    Возможно, вам будет полезно представить, что ваш мозг — это резервуар, собирающий дождевую воду для использования в течение долгого времени. Этот процесс начинается еще до рождения, когда мозг начинает развиваться, накапливая «резервы», чтобы тратить их позже. Обмен продолжается на протяжении всей жизни, поскольку ваш мозг реагирует на ваш опыт и окружающую среду.

    Как сохранить здоровье мозга

    Вот несколько советов, как наполнить — а не опустошить — резервуар силы вашего мозга:

    1. Регулярно занимайтесь спортом.

    Доказано, что ежедневные физические упражнения предотвращают или отсрочивают риск развития болезни Альцгеймера и других деменций.Всего 15-30 минут в день могут иметь значение.

    2. Если вы курите, бросьте.

    Употребление табака может нанести вред всем вашим органам, включая мозг. Но прекращение курения сейчас повышает ваши шансы на более здоровую работу мозга в будущем, даже если вы курили много лет.

    3. Берегите свое сердце.

    Здоровый мозг требует хорошей сердечно-сосудистой системы. Если у вас высокое кровяное давление, высокий уровень холестерина, диабет или мерцательная аритмия, следуйте советам врача.

    3. Избегайте диеты с высоким содержанием сахара.

    Высокий уровень сахара в крови может увеличить риск слабоумия даже без диабета. Поэтому избегайте сильно подслащенных продуктов, таких как газированные напитки и конфеты.

    4. Стимулируйте свой ум.

    Игры и головоломки великолепны. Но также подумайте о волонтерской и социальной деятельности, которая поможет вам оставаться независимым и поддерживать связь с друзьями и семьей. Например, освоить новые компьютерные навыки; участвовать в совете директоров, в книжном клубе или танцевальной группе; или попробуйте заниматься садоводством, ремеслами или кулинарией.

    5. Избегайте употребления некоторых наркотиков.

    Поговорите со своим врачом о лекарствах, как рецептурных, так и безрецептурных. Для здоровья мозга вы хотите избегать опасных взаимодействий или чрезмерного приема лекарств.

    6. Умерьте употребление алкоголя или избегайте его.

    Алкоголь оказывает более сильное влияние на наш организм с возрастом. Эксперты советуют ограничиться одним напитком в день для женщин и двумя порциями в день для мужчин.

    7. Предотвратите падение.

    Падения могут привести к травме головы, переломам костей или другим повреждениям, которые вызывают постепенную или внезапную потерю функций.Чтобы избежать падений, практикуйте баланс и силовые упражнения. Помните, что алкоголь и наркотики могут повлиять на баланс. И будьте осторожны: следите за неровными поверхностями для ходьбы и шнурами, о которые можно споткнуться. Носите туфли или тапочки на хорошей подошве. Избегайте ходить босиком или ходить в чулках. Если вы катаетесь на велосипеде или лыжах, наденьте шлем.

    8. Минимизируйте стресс.

    Гормоны, выделяемые, когда вы находитесь в состоянии стресса, оказывают более сильное воздействие на пожилой мозг, затрудняя вашу способность восстанавливаться после эмоционального расстройства.Так что принимайте изменения медленно и научитесь справляться с тревогой или напряжением.

    9. Спи спокойно.

    Недостаточный сон связан с замедлением мышления и риском слабоумия. Семь-девять часов ночью лучше всего. Но будьте осторожны со снотворными, которые могут усугубить когнитивные проблемы. Вместо этого поговорите со своим врачом о «гигиене сна», то есть о привычках, помогающих вашему телу успокоиться перед сном.

    Доктор Эрик Б. Ларсон является исполнительным директором Вашингтонского научно-исследовательского института здоровья Kaiser Permanente, где он руководит исследованиями здорового старения, включая исследование Adult Changes in Thought (ACT).

     

    Эти 10 продуктов могут улучшить работу мозга и неврологическое здоровье

    Ты то, что ты ешь. Хотя вы не можете буквально превращаться в то, что вы едите, ваш выбор питания, безусловно, играет важную роль для вашего общего состояния здоровья. Не только это, но есть определенные продукты, которые могут даже помочь сохранить или улучшить здоровье вашего мозга. Употребление в пищу правильных продуктов для поддержания здоровья мозга может значительно снизить риск развития неврологических проблем в более позднем возрасте. Вот некоторые из лучших продуктов для вашего мозга:

    Черника

    Черника содержит соединение, обладающее как противовоспалительным, так и антиоксидантным действием. Это означает, что черника может уменьшить воспаление, что снижает риск старения мозга и нейродегенеративных заболеваний. Кроме того, было обнаружено, что антиоксиданты помогают в общении между клетками мозга.

    Яйца

    Яйца богаты витаминами группы В и холином.Витамины группы В помогают замедлить снижение когнитивных функций, а дефицит витаминов группы В связан с депрессией и деменцией. Организм использует холин для создания нейротрансмиттеров, отвечающих за настроение и память.

    Жирная рыба

    Рыба, такая как форель, лосось и сардины, содержит большое количество омега-3 жирных кислот. Ваш мозг не только на 60% состоит из жиров, содержащих омега-3, но и необходим для производства мозговых и нервных клеток. Дефицит омега-3 может вызвать проблемы с обучением и депрессию.

    Фрукты

    Некоторые фрукты, такие как апельсины, сладкий перец, гуава, киви, помидоры и клубника, содержат большое количество витамина С. Витамин С помогает предотвратить повреждение клеток головного мозга и поддерживает общее состояние здоровья мозга. Фактически, исследование показало, что витамин С потенциально может предотвратить болезнь Альцгеймера.

    Листовая зелень

    Листовая зелень, такая как брокколи, листовая капуста, шпинат и капуста, содержит различные питательные вещества, такие как витамин К, лютеин, фолат и бета-каротин.Витамин К помогает с образованием жира внутри клеток головного мозга и, как было замечено, улучшает память.

    Гайки Орехи

    содержат полезные жиры, антиоксиданты и витамин Е, которые, как было установлено, полезны как для мозга, так и для сердца. Грецкие орехи, в частности, также содержат жирные кислоты омега-3, которые еще больше улучшают работу мозга. На самом деле орехи связаны с улучшением когнитивных функций, острой памятью и замедлением умственного упадка.

    Тыквенные семечки

    Семена тыквы содержат антиоксиданты, а также цинк, магний, медь и железо.Мозг использует цинк для передачи нервных сигналов, магний для обучения и памяти, медь для контроля нервных сигналов и железо для предотвращения мозгового тумана.

    Чай и кофе

    И чай, и кофе содержат кофеин, который улучшает работу мозга и повышает бдительность, а также антиоксиданты. Зеленый чай также содержит аминокислоту L-теанин, которая может преодолевать гематоэнцефалический барьер и повышать активность нейротрансмиттеров.

    Куркума

    Куркума — это темно-желтая пряность, которая обычно содержится в порошке карри.Это не только сильное антиоксидантное и противовоспалительное вещество, но и способность проникать через гематоэнцефалический барьер напрямую в мозг. Куркума связана с улучшением памяти, уменьшением депрессии и ростом новых клеток мозга.

    Цельнозерновые продукты

    Цельнозерновые продукты, такие как хлеб, макаронные изделия, ячмень, коричневый рис, овсянка и булгур, содержат витамин Е, который используется для защиты и сохранения здоровых клеток. Защищая эти клетки, витамин Е сохраняет функцию мозга и предотвращает нейродегенерацию.

    Д-р Кашути, , дипломат Американского совета по психиатрии и неврологии (ABPN), практикует общую неврологию со специализацией в области клинической нейрофизиологии. Доктор Кашути считает форму и функцию нервов и мышц наиболее интересной частью неврологии, что привело его к специализации в области нейрофизиологии с уделением большего внимания нервно-мышечным заболеваниям. Он лечит все неврологические заболевания, но его основное внимание уделяется лечению головных болей, двигательных нарушений и нервно-мышечных заболеваний.

    Brain Restoration System исследует туманную территорию между жизнью и смертью

    Одним из двух юридических определений смерти является необратимое прекращение всех функций мозга, широко известное как «смерть мозга». (Другой — остановка кровообращения и дыхания.) Было широко распространено мнение, что клетки головного мозга подвергаются быстрой — и необратимой — дегенерации сразу после смерти. Но поразительное новое исследование, опубликованное в среду в Nature, , предполагает, что многие функции могут быть сохранены или восстановлены даже через несколько часов после смерти.Исследовательской группе, базирующейся в основном в Йельской школе медицины, удалось восстановить некоторые функции всего мозга свиней, забитых четыре часа назад, и поддерживать их в течение следующих шести часов.

    Работа была мотивирована наблюдением, что клетки могут быть собраны из посмертного мозга и сохранены в клеточных культурах для изучения, невролог и руководитель группы Ненад Сестан сказал на брифинге для прессы: «Короче говоря, если мы можем сделать это в чашке Петри, Можем ли мы сделать это с неповрежденным мозгом?» Разработанная Сестаном и его коллегой система под названием BrainEx состоит из трех элементов: компьютеризированная система насосов, фильтров и резервуаров; заменитель крови, не содержащий клеток, но способный переносить кислород, наряду с многочисленными соединениями, предназначенными для защиты клеток; и хирургическая процедура, чтобы все соединить.

    Исследователи сравнили мозг, который они поддерживали с помощью BrainEx, с мозгом, который был перфузирован инертной жидкостью или который не был подключен ни к чему, чтобы оценить их относительное состояние в разное время. Система уменьшала гибель клеток, сохраняла анатомическую целостность и восстанавливала кровообращение, метаболические и некоторые клеточные функции. Команда даже смогла наблюдать воспалительные реакции иммунных клеток, называемых глией, путем введения молекулы, имитирующей бактериальную инфекцию. Полученные данные свидетельствуют о том, что клетки гораздо более устойчивы к повреждениям, вызванным остановкой кровотока, что лишает мозг кислорода (известное как ишемия), чем предполагалось ранее.«У нас не было никакой априорной гипотезы, что мы сможем восстановить клетки до такого уровня», — сказал Сестан журналистам. «Мы были очень удивлены».

    Эта работа может стать важным вкладом в методы, доступные для изучения мозга. Исследование финансировалось в рамках инициативы BRAIN (Исследования мозга посредством продвижения инновационных нейротехнологий) Национального института здравоохранения, и эксперты NIH также проинформировали прессу. «Это настоящий прорыв в исследованиях мозга; это новый инструмент, который устраняет разрыв между фундаментальной неврологией и клиническими исследованиями», — сказала Андреа Бекель-Митченер, руководитель группы инициативы BRAIN в Национальном институте психического здоровья.«Он предоставляет экспериментальный доступ, которого у нас никогда не было раньше; мы ожидаем интересных исследований мозгового кровообращения, клеточного метаболизма, другой клеточной биологии и картирования дальних связей».

    Непосредственные результаты влияют на то, как мы понимаем смерть мозга. «Нам, ученым и врачам, внушили, что даже через пару минут пути назад нет; это явно переворачивает все с ног на голову», — говорит Мадлен Ланкастер, эксперт по исследованиям мозговых органоидов (так называемых «мини-мозгов», выращенных из стволовых клеток) в Кембриджском университете, которая не участвовала в работе.«В чем я вижу наибольший потенциал в краткосрочной перспективе, так это в том, чтобы просто изменить представление об этом и, надеюсь, побудить людей проводить дополнительные исследования людей, мозг которых потенциально мертв, и понять, как мы могли бы вернуть их». Продление времени до объявления смерти мозга имеет и другие последствия — это может привести к задержке, когда органы станут доступными для донорства, как обсуждалось в статье комментария в Nature . Одним из краткосрочных преимуществ является возможность узнать больше об ишемическом повреждении.«Мы надеемся лучше понять, как клетки мозга реагируют на остановку кровообращения, и можем ли мы вмешаться и спасти эти клетки», — сказал Сестан. «Сделав это, мы, возможно, сможем разработать более эффективные методы лечения инсульта и других заболеваний, вызывающих гибель клеток мозга».

    В долгосрочной перспективе система может стать мощным методом изучения связей мозга, функций цепей и болезненных процессов. Определённое количество информации уже можно узнать, используя срезы мозга, органоиды мозга (так называемые «мини-мозги», выращенные из стволовых клеток) и посмертные мозги, но эта система имеет как минимум два преимущества: во-первых, неповреждённый мозг даёт беспрецедентную возможность изучить схему мозга. «Если вам действительно нужен контекст всего органа, это определенно дает вам преимущество», — говорит Ланкастер. «Если бы мы знали, что [мозговые цепи] в какой-то степени функциональны, возможность увидеть полностью неповрежденную цепь была бы очень полезной». Во-вторых, патологоанатомические исследования ограничивают наблюдения дискретными моментами времени, что ограничивает понимание того, как прогрессируют болезни. Например, некоторые считают, что нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, связаны с распространением токсичных белков в головном мозге.«Здесь можно было бы сделать гораздо больше, воздействуя на мозг различными способами: например, ввести прионовый белок или бета-амилоид и посмотреть на его распространение», — говорит Ланкастер. «Возможность видеть это в режиме реального времени действительно важна. Это был бы способ сделать это».

    Команда работала с существующими этическими нормами с момента начала планирования экспериментов. Главной из этических проблем является вопрос о том, могут ли реанимированные мозги проявлять признаки сознания. В исследовании специально хотели избежать отдаленной возможности того, что сознание вернется, и исследователи были готовы снизить температуру и применить анестетики, чтобы погасить такие признаки, если они появятся.Они постоянно следили за электрическими записями с поверхности мозга и не видели признаков глобальной электрической активности, которую можно было бы ожидать, если бы существовало что-то близкое к познанию. «Я совершенно уверен, что в этих восстановленных мозгах не было сознания», — говорит Кристоф Кох из Алленовского института наук о мозге в Сиэтле, ведущий исследователь в области нейробиологии сознания. Не было никаких сигналов, которые мы связываем с сознанием или даже сном, говорит Кох: «Только ровная линия, подразумевающая полное отсутствие какого-либо сознания.

    Но отчасти причина отсутствия электрической активности может быть связана с тем, что перфузионный раствор содержал блокаторы нервной активности. Исследователи включили эти блокаторы, потому что они хотели, чтобы мозг оставался в покое, чтобы максимизировать клеточное восстановление. Активному мозгу потребовался бы значительно больший запас энергии, а сам акт возбуждения может повредить нейроны (явление, известное как эксайтотоксичность). Команда взяла образцы тканей, чтобы показать, что отдельные нейроны все еще электрически функциональны, что обязательно включало промывание раствора для подготовки образцов для электрофизиологических записей.

    А что было бы, если бы эти блокираторы не использовались? «Мы не можем говорить с какой-либо научной уверенностью на этот счет, поскольку мы не проводили эти эксперименты», — сказал журналистам Стефано Даниэле, один из ведущих авторов исследования. Если бы такие будущие эксперименты приблизили реанимированный мозг к сознательной деятельности, это вызвало бы дискуссии о том, что можно считать действительно мертвым. Эти соображения обсуждаются в другой сопроводительной статье с комментариями, написанной в соавторстве с ученым-юристом Нитой Фарахани, специалистом по биоэтике, которая является членом рабочей группы по нейроэтике в рамках инициативы BRAIN и с которой исследователи консультировались с самого начала.

    Команда также проконсультировалась с Институциональным комитетом по уходу и использованию животных (IACUC) в Йельском университете, и членам сказали, что исследование не подпадает под действие руководящих принципов защиты животных. Наиболее очевидно, что свиньи уже были мертвы: исследователи закупили мозг на заводе по переработке свинины, поэтому для этого исследования не было принесено в жертву ни одно животное. В любом случае, такие правила не распространяются на животных, выращиваемых в пищу.

    Двигаясь вперед, работа должна быть воспроизведена другими лабораториями, которым придется изучить тонкости системы с ручным управлением.Сама команда хочет установить, как долго можно поддерживать мозг таким образом. Стадия перфузии эксперимента длилась всего шесть часов, потому что к этому моменту контрольный мозг, которого не было в системе BrainEx, подвергся слишком сильному распаду, чтобы можно было провести содержательные сравнения.

    Если мозг сможет работать в течение длительного времени, а исследователи перейдут от приоритета восстановления клеток к восстановлению электрической функции in situ, это войдет в неизведанную этическую территорию. «Сначала нужно ответить на несколько вопросов, — говорит Фарахани.«Сможем ли мы когда-нибудь восстановить ЭЭГ [электроэнцефалограмму]? Каковы пределы этого, если мы когда-нибудь доберемся до этого? И каковы последствия для исследований на животных и для исследований человека в один прекрасный день?» По мнению Фарахани, эти неизвестные помещают то, что первоначально считалось мертвой тканью, в новую этическую категорию. «Именно потенциал [для большего выздоровления] создает другой моральный статус и требует, чтобы мы относились к нему по-другому», — говорит Фарахани. «Можно было бы пойти с максимально безопасным подходом, который заключается в том, чтобы дать ему некоторые или подобные защиты, которые будут предоставлены субъектам исследований на животных.Такой эксперимент, скорее всего, сначала будет проведен на грызунах, сначала просто удалив химические вещества, блокирующие электрическую активность. Если бы было обнаружено что-либо, отдаленно похожее на сознательную активность, мы оказались бы на территории, для которой потребовались бы новые этические принципы. «В этот момент, если вы начнете думать об этом больше как о живом животном, тогда будет уместно свести к минимуму любой риск боли или стресса, – говорит Фарахани. «Проблема в том, что прямо сейчас мы думаем об этом как об исследовании тканей, и это уже не просто мертво.Просто он тоже не совсем живой».

    Восстановление функции после повреждения головного мозга с использованием нервного протеза

    Значение

    Замкнутые системы, или интерфейсы мозг-машина-мозг (BMBI), не были широко разработаны для восстановления головного мозга. В этом исследовании мы нацелились на сохраненные двигательные и соматосенсорные области мозга крыс после черепно-мозговой травмы для создания функционального моста с использованием микроустройства с батарейным питанием. Результаты показывают, что использование выделенных потенциалов действия в качестве триггера для стимуляции удаленного участка коры способствует быстрому восстановлению мелкой моторики.Это исследование предоставляет убедительные доказательства того, что BMBI можно использовать для функционального соединения поврежденных нервных путей и ускорения восстановления после травмы головного мозга. Хотя это исследование ограничено моделью ЧМТ на грызунах, вполне вероятно, что этот подход будет применим и к другим типам приобретенных травм головного мозга.

    Abstract

    Системы нейронных интерфейсов становятся все более пригодными для стратегий восстановления мозга. В этой статье проверяется гипотеза о том, что восстановлению после черепно-мозговой травмы может способствовать нейронный протез, служащий связующим звеном между удаленными участками коры головного мозга.Первичная моторная область в коре головного мозга была повреждена в крысиной модели очагового поражения головного мозга, что привело к нарушению связи между моторными и соматосенсорными областями и нарушению способности дотягиваться и хватать. После имплантации микроэлектродов в кору головного мозга нейронный протез различал потенциалы действия (спайки) в премоторной коре, которые вызывали электрическую стимуляцию в соматосенсорной коре непрерывно в течение последующих недель. В течение 1 недели, получая стимуляцию, запускаемую спайком, у крыс значительно улучшились функции захвата и хватания, которые были неотличимы от уровней, предшествующих поражению, через 2 недели. Апостериорный анализ спайков, вызванных стимуляцией, дает убедительные доказательства того, что нейронный протез улучшил функциональную связь между двумя целевыми областями. Это экспериментальное исследование демонстрирует, что системы нейронных интерфейсов можно эффективно использовать для функционального соединения поврежденных нервных путей и содействия восстановлению после травмы головного мозга.

    Представление о мозге как о наборе независимых анатомических модулей, каждый из которых имеет отдельные функции, в настоящее время претерпевает радикальные изменения.Новые данные, полученные в результате нейрофизиологических и нейроанатомических экспериментов на животных, а также исследований нейровизуализации на людях, позволяют предположить, что нормальную работу мозга можно лучше всего оценить в контексте сложных механизмов функциональных и структурных взаимосвязей между областями мозга. Хотя механистические детали все еще находятся в стадии уточнения, синхронный разряд нейронов в обширных областях коры головного мозга, по-видимому, является эмерджентным свойством нейронных сетей, которые функционально связывают удаленные местоположения (1). В настоящее время признано, что при травмах или заболеваниях повреждаются не только отдельные области мозга, но, что, возможно, более важно, нарушаются взаимосвязи между неповрежденными областями, что может привести ко многим функциональным нарушениям, сохраняющимся после травмы головного мозга (2). Точно так же пластичность мозговых взаимосвязей может частично лежать в основе восстановления функций после травмы (3).

    Технологические усилия по восстановлению функции мозга после травмы были сосредоточены в первую очередь на модуляции возбудимости фокальных областей в неповрежденных частях мозга (4).Предположительно, повышение возбудимости нейронов, участвующих в адаптивной пластичности, расширяет нейронный субстрат, потенциально участвующий в функциональном восстановлении. Однако пока нет доступных методов для прямого изменения функциональной связи между сохраненными областями мозга с целью восстановления нормальных паттернов общения. В настоящей статье проверяется гипотеза о том, что искусственная коммуникационная связь между неповрежденными областями коры головного мозга может восстановить функцию в модели черепно-мозговой травмы (ЧМТ) у грызунов. Разработка таких нейропротезных подходов к восстановлению головного мозга может иметь важные последствия для миллионов людей, которые остались с постоянными двигательными и когнитивными нарушениями после приобретенного повреждения головного мозга, как это происходит при инсульте и травме.

    В настоящем эксперименте мы использовали модель очагового повреждения головного мозга грызунов в каудальной области передних конечностей (CFA), области, которая является частью корковой сенсомоторной системы. Эта область лобной коры имеет много общих свойств с первичной моторной корой (M1) приматов; повреждение M1 приводит к длительному нарушению функций захвата и захвата (5).Традиционно считалось, что нарушение возникает из-за того, что M1 обеспечивает существенные выходные сигналы двигательного аппарата в спинном мозге, таким образом, напрямую влияя на функцию двигательного выхода. Однако M1 также имеет важные взаимосвязи с первичной соматосенсорной корой (S1), расположенной в теменной доле (рис. 1 A ). Корково-кортикальные волокна дальнего действия от S1 передают M1 важную информацию о положении конечности в пространстве. Таким образом, повреждение M1 приводит к нарушению двигательной функции, по крайней мере частично, из-за нарушения связи между соматосенсорной и моторной корой (6).

    Рис. 1.

    Теоретическая модель тактики нейропротезирования после черепно-мозговой травмы. ( A ) Нормальное подключение M1, S1 и PM. И M1 (CFA у крыс), и PM (RFA у крыс) посылают существенные выходные сигналы в спинной мозг через корково-спинномозговой тракт. Кроме того, между M1 и PM, а также между M1 и S1 существуют обширные взаимные связи. ( B ) Влияние очаговой травмы M1 на связь мозга и гипотетический эффект BMBI для восстановления соматосенсорно-моторной связи.Повреждение M1, которое может произойти при инсульте или травме головного мозга, приводит к очаговому некрозу, а также к потере выхода M1 к спинному мозгу. Кортикокортикальная связь между M1 и S1 (и между M1 и PM) также нарушена, что еще больше способствует функциональному нарушению. Поскольку неповрежденный PM также содержит корково-спинномозговые нейроны, он может выполнять роль заместителя. Пунктирная линия указывает на усиленную функциональную связь между PM и S1, которую мы предлагаем установить после лечения BMBI.( C ) Расположение целевых областей в коре головного мозга крысы. Топографическая карта соматосенсорного представительства в S1 наложена на кору.

    Чтобы проверить нашу гипотезу о том, что функциональному восстановлению можно способствовать путем создания искусственного канала связи между сохраненными соматосенсорными и моторными областями мозга, мы сосредоточились на премоторной коре (PM) крысы. Ростральная область передних конечностей (RFA) представляет собой премоторную область в лобной коре грызунов, которая имеет много общих свойств с PM приматов и, как считается, участвует в восстановлении функции после повреждения M1 (5, 7⇓–9).Области PM названы так потому, что основной целью их выходных волокон является M1 (10). Области PM также имеют дальние кортико-кортикальные связи с соматосенсорными областями, но, по крайней мере, у интактных животных они кажутся относительно слабыми по сравнению со связями M1 с соматосенсорной корой (9, 11, 12).

    Наш подход заключался в том, чтобы функционально связать нейронную активность области передних конечностей PM (RFA) с активацией области передних конечностей S1 после контролируемого коркового воздействия (CCI) на M1 (рис.1 B и C ). С этой целью было разработано микроустройство, способное осуществлять стимуляцию, зависящую от активности (ADS), путем записи и оцифровки внеклеточной нейронной активности с имплантированного микроэлектрода, различения отдельных потенциалов действия (спайков) и подачи небольшого количества электрического тока на другой микроэлектрод. имплантированы в отдаленную популяцию нейронов (13, 14). Эта замкнутая система была в принципе аналогична «Нейрочипу», использовавшемуся ранее другими исследователями для демонстрации эффектов локальной ADS у интактных животных (15), но она была миниатюризирована для беспроводного подключения к голове (рис.2 A и рис. S1). Связав активность одной области коры с активностью отдаленной области коры, был создан замкнутый интерфейс мозг-машина-мозг (BMBI) для искусственной корково-кортикальной связи между PM и S1.

    Рис. 2. Протокол

    ADS. После повреждения CFA регистрирующий микроэлектрод помещали в RFA, тогда как стимулирующий микроэлектрод помещали в дистальное поле передней конечности S1. BMBI различал потенциалы действия в RFA, а после 7.С задержкой 5 мс он подавал импульс электрического тока низкого уровня на S1 (13). ( A ) Эскиз крысы, извлекающей пищевую гранулу с помощью BMBI, прикрепленного к черепу. ( B ) Образцы следов записей из RFA, показывающие потенциалы действия и артефакты стимула от тока ICMS, подаваемого на S1. Дискриминаторы окна время-амплитуда обозначены красными прямоугольниками. Всего показано 100 наложенных трасс.

    Отдельные пики были обнаружены в PM, и последующая стимуляция была доставлена ​​​​к S1 после 7.Задержка 5 мс (рис. 2 B ). (Поскольку связи между отдаленными областями коры обычно являются взаимными, теоретически усиленная связь может быть установлена ​​с помощью ADS в любом направлении.) После травмы M1 крысам имплантировали микроэлектроды, подключенные к микроустройству BMBI (рис. 2 ). Микроустройство доставляло ADS 24 часа в сутки до 28 дней после травмы, за исключением кратких сеансов оценки моторики в заранее определенные дни. Поведенческое восстановление у крыс с ADS сравнивали с восстановлением у крыс со стимуляцией без обратной связи (OLS), у которых стимуляция S1 не коррелировала с пиками PM, и с контрольными крысами, которым не имплантировали микроустройство.

    Результаты

    Проверка двигательных навыков после черепно-мозговой травмы.

    Первичный поведенческий анализ для определения того, приводит ли ADS к функциональному улучшению после черепно-мозговой травмы, требовал квалифицированных навыков. Эта широко используемая задача является особенно чувствительной мерой двигательной функции передних конечностей после поражений M1 как у грызунов, так и у приматов. Крыс предварительно обучали для достижения минимального критерия >70% успешного извлечения гранул. После того, как поражение было создано, крыс проверяли на задачу во время сеансов оценки на 3, 5, 8, 14, 21 и 28 дни после поражения. Во время каждого сеанса оценки после поражения крыс тестировали в двух условиях: сначала с выключенной функцией стимуляции микроустройства, а затем с включенной функцией стимуляции. Крысы в ​​каждой из трех групп демонстрировали выраженный дефицит в выполнении квалифицированной тянущейся задачи в первые несколько дней после травмы (рис. 3). На 3-й и 5-й дни после поражения не было существенных различий в двигательной активности между группами (глобальные сравнения: P = 0,5265 и P = 0.0945 соответственно). Крысы в ​​контрольной группе (с повреждением, но без микроустройства) продолжали демонстрировать глубокий дефицит, который стабилизировался только при 25% успешных извлечений. Наоборот, к 8-му дню после повреждения эффективность групп значительно отличалась (общее сравнение: P = 0,0044). Крысы в ​​группе ADS показали существенное и статистически значимое улучшение поведения в достижении успеха по сравнению с крысами в других группах в состоянии ON (парные сравнения: P = 0. 0418 для ADS по сравнению с OLS, P = 0,0012 для ADS по сравнению с контролем и P = 0,2110 для OLS по сравнению с контролем; Рис. 3 и фильмы S1 и S2). К 14-му дню после поражения показатели крыс в группе ADS были примерно на уровне до поражения и были значительно выше, чем у крыс в других группах. Разница между группой OLS и контрольной группой достигла значимости на 14-й день (общее сравнение: P = 0,0004; парные сравнения: P = 0,0284 для ADS vs.OLS, P <0,0001 для ADS по сравнению с контролем и P = 0,0555 для OLS по сравнению с контролем). К 21-му дню после поражения показатели в группе ADS оставались высокими и статистически отличались от контрольной группы. Показатели между 14 и 21 днями в группе ADS существенно не различались ( P = 0,576). Однако к 21-му дню состояние группы OLS улучшилось еще больше, так что разница между двумя группами была незначительной (общее сравнение: P = 0.0007; парные сравнения: P = 0,0891 для ADS по сравнению с OLS, P = 0,0002 для ADS по сравнению с контролем и P = 0,0278 для OLS по сравнению с контролем). Хотя средние показатели в группе ADS были выше, чем в группе OLS, даже в состоянии «ВЫКЛ», различия не были статистически значимыми ни в один из дней после повреждения (рис. S2).

    Рис. 3.

    Выполнение крысами квалифицированной задачи по дотягиванию пальцев после повреждения М1 (состояние ВКЛ). Группа ADS показана красным, группа OLS — синим, а контрольная группа — черным.Пунктирная линия указывает среднюю производительность перед поражением всех животных в исследовании. Ограниченная область указывает на 95% доверительный интервал. Линии регрессии основаны на LMM (43). Столбики погрешностей представляют собой 95% доверительные интервалы. * P < 0,05 (попарная разница между группами ADS и OLS). Поскольку статистический анализ был моделью, предназначенной для лечения, крысы были включены в анализ, даже если микроустройство больше не функционировало. Только у одной крысы в ​​группе ADS микроустройство функционировало на 28-й день после повреждения; таким образом, цифры представлены до 21-го дня после повреждения ( результатов SI ). Ромбы, квадраты и треугольники представляют отдельные точки данных животных. # микроустройство не работает (таблицы S1 и S2).

    Немедленный эффект в течение одного сеанса.

    Крысы в ​​группе ADS часто демонстрировали существенное улучшение производительности в течение одного дневного сеанса, когда микроустройство переключалось из состояния OFF в состояние ON. Один особенно яркий пример можно увидеть на видео крысы в ​​группе ADS на 8-й день после травмы (фильм S2). В выключенном состоянии эта крыса предприняла много попыток добраться до отверстия в плексигласе, но редко ей удавалось сделать это точно.Были допущены большие ошибки траектории, и относительно небольшое количество поисков было успешно завершено. После завершения испытаний в выключенном состоянии микроустройство программировали во включенное состояние, на что требовалось 2–3 мин. Как только микроустройство было включено, крыса начала доставать гранулы с заметно возросшим успехом. Движения, как правило, были медленнее и казались более преднамеренными, и было сделано меньше ошибок. Статистический анализ группы ADS между состояниями «ВЫКЛ» и «ВКЛ» показал значительно лучшие показатели в состоянии «ВКЛ» на 3-й день после повреждения ( P = 0.0003), на 5-й день после поражения ( P = 0,0005) и на 8-й день после поражения ( P = 0,0019) и немного лучше на 14-й день после поражения ( P = 0,0666). Тот же анализ для группы OLS выявил значительно худшие показатели в состоянии ON на 3-й день после повреждения ( P = 0,0471) и незначительное ухудшение показателей на 5-й день после повреждения ( P = 0,0554) и на 8-й день после повреждения ( P = 0,0781) (рис. S3). Эти эффекты имели тенденцию к исчезновению со временем, поэтому к 21-му дню после поражения не было обнаружено различий между состояниями «ВЫКЛ» и «ВКЛ» в любой группе.Эти внутридневные различия до 8-го дня после поражения предполагают, что время стимулирующего импульса S1 имеет решающее значение. Поведенческие характеристики были значительно лучше, когда стимулирующий импульс S1 подавался в зависимости от потенциала действия в RFA (т. е. в группе ADS).

    Влияние ADS на функциональное подключение.

    Чтобы изучить возможные нейрофизиологические механизмы, лежащие в основе поведенческих эффектов лечения ADS на двигательную активность после травмы, мы провели постфактум анализ спайков в RFA, которые были различены в течение 28 мс после каждого стимулирующего импульса S1.Это временное окно представляло собой введенный нами период гашения, в течение которого не могли возникать дополнительные стимулирующие импульсы S1. Гистограммы постстимульных спайков сравнивали с 28-миллисекундными периодами, выбранными из данных, полученных в выключенном состоянии через 7,5 мс после каждого спайка РЧА. Результаты показывают, что после стимуляции S1 в группе ADS возникало значительно больше всплесков RFA, при этом пик активности возникал примерно через 4–6 мс после стимулирующего импульса S1 (рис. 4 ). Частота всплесков была почти в три раза выше в среднем за период 28 мс по сравнению с сопоставимым периодом в выключенном состоянии. Частота всплесков в группе OLS была немного ниже, чем в группе ADS в состоянии OFF, но была значительно ниже, чем в группе ADS в состоянии ON. Эти данные свидетельствуют о том, что ADS существенно усиливала сетевые взаимодействия между S1 и RFA, в то время как OLS этого не делала.

    Рис. 4.

    Сравнение спайковой активности в РЧА в группах ADS и OLS. Данные представляют собой пики, выделенные в RFA в течение 28-миллисекундного периода. Во включенном состоянии триггером для сбора данных был стимулирующий импульс S1.В выключенном состоянии триггер для сбора данных был через 7,5 мс после пикового события в RFA. ( A ) Составные гистограммы спайков после триггера, полученные из нейронных записей в RFA, собранных на 1, 5, 8, 14 и 21 дни (± 1 день). Гистограммы отображают среднее количество всплесков на триггерное событие в каждом интервале времени (также рис. S4). Подсчет спайков основывался в среднем на более чем 22 000 триггерных событий на животное в день. Частота постстимульных импульсов была значительно выше в состоянии ADS ON (33. 1 Гц) по сравнению с состоянием ADS OFF (12,5 Гц), OLS ON (6,6 Гц) или OLS OFF (10,1 Гц). ( B ) Средняя частота срабатывания всплесков в течение 28-миллисекундного окна для каждого дня. Столбики погрешностей представляют собой вариации между субъектами в каждый день (плюс 1 стандартное отклонение). LMM выявили более высокую частоту возбуждения в группе ADS по сравнению с группой OLS с включенной стимуляцией ( P <0,0001). Частота стрельбы статистически не отличалась между группами в состоянии «ВЫКЛ» ( P > 0,05). Гистограммы посттриггерных пиков для каждого дня показаны на рис.С4.

    Разделение гистограмм спайков по дням показывает, что повышенная активность спайков в состоянии ADS ON очевидна даже в первый день активации микроустройства (рис. 4 B и рис. S4). Существует также тенденция к дальнейшему увеличению пиковых выделений между первой (1 и 5 дни) и второй (8 и 14 дни) неделями в группе ADS, что соответствует периоду времени, когда поведенческие показатели приближались к нормальному уровню.

    Сохраняются ли поведенческие характеристики и улучшенная функциональная связь после окончания лечения, невозможно полностью решить на основе текущих результатов ( Обсуждение SI ).Однако следует отметить значительное снижение средних показателей в группе ADS между 21 и 28 днями после травмы (рис. S5). В течение этого периода сбои в соединении микроэлектрод-микроустройство препятствовали нормальной работе микроустройства у большинства крыс с ADS. Этот феномен снижения поведенческих характеристик после деактивации еще раз подтверждает идею о том, что поведенческие улучшения были опосредованы работой с обратной связью. Это также предполагает, что либо более длительная продолжительность операции (т.e., более 21 d) требуется для стойких эффектов или что стимуляция с обратной связью увеличивает скорость, но не степень восстановления по сравнению с OLS. Тем не менее, настоящие данные убедительно свидетельствуют о том, что целевые подходы к стимуляции с обратной связью применимы в качестве стратегий восстановления мозга. Быстрое восстановление поведения происходит параллельно развитию повышенной функциональной связи между сохраненными соматосенсорными и моторными областями коры.

    Обсуждение

    Это экспериментальное исследование показывает, что нейропротезное микроустройство с обратной связью может улучшать функциональную связь между удаленными участками коры и вызывать быстрое улучшение двигательной функции после повреждения коры, по крайней мере, у крыс с повреждением M1.Устройство с замкнутым контуром с аналогичной функциональностью вызывало нейрофизиологические изменения при воздействии на короткое расстояние в пределах M1 интактных обезьян (15). Совсем недавно стимуляция, запускаемая спайками, использовалась для демонстрации повышенной потенциации между нейронами в сенсомоторной коре крыс. Задержка спайковой стимуляции была важна, потому что 5 мс приводили к устойчивому усилению, тогда как 100 или 500 мс не приводили к потенцированию (16). Настоящее исследование демонстрирует, что расширение подхода ADS к поврежденному мозгу оказывает заметное влияние на восстановление и устанавливает функциональную связь, которая качественно отличается от некоррелированной стимуляции. Текущая реализация системной архитектуры с использованием легкого, беспроводного, миниатюрного микроустройства с питанием от батареи для интракортикальной микростимуляции, запускаемой спайком (ICMS), представляет собой важный шаг в процессе разработки имплантируемых BMBI для восстановления нервной системы в клинических популяциях.

    Дифференциальные механизмы, лежащие в основе эффектов OLS и ADS на восстановление поведения.

    Механизмы, лежащие в основе терапевтических эффектов OLS и ADS после травмы в настоящей модели ЧМТ, все еще несколько спекулятивны.В 1940-х годах Дональд Хебб (17) постулировал, что «когда одна клетка неоднократно помогает запустить другую, аксон первой клетки формирует синаптические выступы… в контакте с сомой второй клетки». Эта гипотеза трансформировалась в современный афоризм «Клетки, которые активируются вместе, соединяются вместе», фраза, ставшая популярной благодаря нейробиологу Карле Шац (18). На основе этих первоначальных гипотез появилось большое количество литературы, а нейрофизиологическое явление, широко известное как «хеббовская пластичность», легло в основу многих нейробиологических моделей обучения и памяти. Предыдущие исследования на интактных приматах и ​​грызунах с использованием ADS или стимуляции парными импульсами показали способность такой коактивации изменять выходные свойства кортикальных нейронов (15, 16, 19). Предположительно, стимуляция вызывает пластичность, подобную Хеббиану, для изменения существующей связи в области коры.

    Хотя значительное восстановление поведения произошло как в группах ADS, так и в группах OLS по сравнению с контрольными крысами, в группе ADS улучшение происходило значительно быстрее. Кроме того, в раннем посттравматическом периоде в группе ADS наблюдались качественно иные ON по сравнению с ADS.OFF производительность по сравнению с группой OLS. Одни только эти поведенческие результаты предполагают, что в основе восстановления в группах ADS и OLS лежат разные механизмы. Хотя результаты ICMS в отношении поведенческих исходов на животных моделях черепно-мозговой травмы ранее не сообщались, в нескольких исследованиях изучались терапевтические эффекты поверхностной стимуляции либо на людях, переживших инсульт, либо на животных моделях инсульта. Например, инвазивная технология с использованием эпидуральной стимуляции для подачи импульсов тока низкого уровня на неповрежденные области коры во время выполнения реабилитационной тренировки привела к улучшению поведения в моделях коркового ишемического повреждения на грызунах и приматах (20, 21).Хотя первоначальные результаты в популяциях пациентов с клиническим инсультом были многообещающими, терапевтический эффект эпидуральной стимуляции без обратной связи не был продемонстрирован в рандомизированном клиническом исследовании (22). Тем не менее, неинвазивные подходы к стимуляции коры головного мозга (транскраниальная магнитная стимуляция и транскраниальная стимуляция постоянным током) продолжают вызывать значительный интерес благодаря положительным результатам в небольших группах выживших после инсульта (23).

    Доказательства в поддержку специфических механизмов, лежащих в основе воздействия электрической стимуляции коры без обратной связи на восстановление, в значительной степени коррелируют, но включают реорганизацию двигательной карты, увеличение длины дендритов и плотности шипов, пролиферацию и миграцию клеток в субвентрикулярной зоне, экспрессию рецепторных субъединиц , активация антиапоптотических каскадов, увеличение нейротрофических факторов, усиление ангиогенеза и пролиферация воспалительных клеток (20, 21, 24⇓⇓⇓–28). Поскольку количество стимулирующих импульсов было одинаковым в группах ADS и OLS в настоящем исследовании, разумно заключить, что если электрическая стимуляция способствовала пролиферативным процессам, эффекты были одинаковыми в двух группах.

    Кроме того, различные протоколы OLS вызывают изменения в синаптической эффективности. Эти данные особенно актуальны из-за качественных различий в функциональной связности, наблюдаемых между группами ADS и OLS. Длительная потенциация (LTP), экспериментальный феномен, впервые обнаруженный в гиппокампе анестезированных кроликов более 40 лет назад (29), экспрессируется как в возбуждающих, так и в тормозных синапсах по всему мозгу млекопитающих (30).Хотя было разработано множество экспериментальных протоколов для оптимизации синаптической потенциации в различных модельных системах, знак и величина синаптической потенциации сильно зависят от частоты и характера стимуляции (31, 32).

    Несмотря на сравнимую среднюю частоту стимуляции между двумя группами, временная структура импульсов стимула отличалась между группами ADS и OLS. Межстимульные интервалы охватывают примерно один и тот же диапазон, но характерный временной паттерн активации, наблюдаемый в группе ADS, приводит к большему количеству коротких межстимульных интервалов (рис.S6 А ). Таким образом, стимуляция ADS иногда состояла из стимулирующих импульсов более высокой частоты, что несколько аналогично стимуляции тета-всплесками, при которой последовательность всплесков высокочастотных импульсов (например, от четырех до восьми импульсов с частотой 100–300 Гц) доставляется примерно через 6–7 секунд. Гц (т.е. в пределах частоты тета-ритма). Стимуляция тета-всплесками часто используется для оптимизации генерации LTP, особенно в неокортексе бодрствующих животных, где LTP традиционно сложнее генерировать (33). В исследовании неокортекса свободно движущихся крыс стимуляция тета-всплеска с использованием параметров, аналогичных тем, которые используются в гиппокампе, вызывала LTP, но для развития эффектов требовалось не менее 5 дней, и они стабилизировались примерно через 15 дней (34). В настоящем исследовании, несмотря на то, что усиленный импульсный разряд с короткой латентностью был очевиден при ADS даже в первый день стимуляции, временной ход поведенческих эффектов был удивительно похож на медленно развивающийся LTP, обнаруженный в исследовании неокортекса крыс.

    Протоколы синхронизации тета-импульсов значительно различаются в зависимости от конкретной модели системы. Тем не менее, недавнее исследование препаратов срезов мозга мышей в дорсальном полосатом теле предполагает, что оптимальные паттерны тета-всплесков лучше всего соответствуют внутренним паттернам нервной активности (35).Кроме того, «всплеск» имел решающее значение для индукции LTP. Простое уменьшение межпакетной паузы с 35 мс до 20 мс устранило индукцию LTP. Возможно, что введенный нами 28-миллисекундный период гашения еще больше способствовал нейрофизиологическим и поведенческим эффектам. Мы предполагаем, что с помощью парадигмы стимуляции с обратной связью использовались внутренние паттерны стимуляции, которые оптимально управляют синаптической потенциацией в корково-корковых путях. (Возможность использования оптимальных параметров тета-всплеска в режиме стимуляции без обратной связи обсуждается в SI Обсуждение ).

    Таким образом, OLS и ADS могут способствовать восстановлению поведения, но с помощью несколько разных механизмов. Электрическая стимуляция в целом, вероятно, модулирует процессы роста нейронов, приводя к адаптивной пластичности, которая может объяснить, по крайней мере, часть улучшения поведения. Однако в условиях замкнутой петли (ADS) внутренний паттерн возбуждения управляет синаптической потенциацией способом, аналогичным наблюдаемому в протоколах тета-всплесков. Хотя потенциация нарастает быстро (в течение 1 дня), мы предполагаем, что хронический ADS приводит к поведенчески значимой функциональной связи между S1 и PM.

    Будущие применения нейропротезов с замкнутым контуром для лечения неврологических расстройств.

    Нейропротез с замкнутым контуром, использующий ADS в отдаленных областях коры головного мозга, представляет собой совершенно иной подход к восстановлению мозга, чем тот, который был достигнут до сих пор. Терапевтическая замкнутая стимуляция мозга до сих пор встречается редко. Однако аналогичные подходы уже тестируются для эпилепсии, и в настоящее время рассматривается расширенная роль замкнутых систем для глубокой стимуляции мозга при болезни Паркинсона (36, 37).Кроме того, подходы с обратной связью находятся в стадии разработки на животных моделях повреждения спинного мозга (38, 39). Другие исследователи предложили подход замкнутого цикла для когнитивного протеза, который показал многообещающие результаты на животных моделях (40). Другие потенциальные клинические применения, основанные на текущей модели, включают инсульт, очаговую ЧМТ и хирургические резекции. Наконец, ряд неврологических синдромов, которые, как считается, связаны с нарушением кортикальной связи, могут быть связаны с ADS. В 1960-х годах Норман Гешвинд определил несколько расстройств, объединенных общим названием «синдромы отключения», что произвело революцию в области поведенческой неврологии (41).Рассмотрение замкнутых подходов к восстановлению синдромов отключения коры может открыть возможности лечения различных состояний, при которых нарушается нервная коммуникация, будь то из-за болезни, травмы или идиопатических причин.

    Материалы и методы

    Животные.

    Взрослые самцы крыс Long-Evans с капюшоном ( n = 16, вес: 350–450 г; Harlan) были приобретены в возрасте 4 мес. Протоколы использования животных были одобрены Комитетом по институциональному уходу и использованию животных Медицинского центра Канзасского университета и соответствовали Руководству по уходу и использованию лабораторных животных (42).Каждую крысу по отдельности помещали в прозрачную клетку и давали пищу и воду ad libitum. В комнате поддерживался цикл свет/темнота 12 часов:12 часов, а температура окружающей среды поддерживалась на уровне 22 °C.

    Крыс разделили на три группы: группу ADS, группу OLS и контрольную группу. Крысы во всех трех группах получили CCI-повреждение области передних конечностей M1 (5). Посмертный гистологический анализ подтвердил, что размер поражения был сопоставим между группами ( Результаты SI ). Хирургические вмешательства (т.г., фрезевые отверстия, винты черепа, резекция твердой мозговой оболочки) были одинаковыми во всех трех группах. Имплантация микроэлектрода и крепление микроустройства были идентичными в группах ADS и OLS. Как в группах ADS, так и в группах OLS в область передних конечностей S1 вставляли одну одностержневую матрицу микроэлектродов. Второй массив микроэлектродов с одним стержнем был вставлен в RFA (глубина указана в SI Materials and Methods ). В группе ADS стимуляция в S1 зависела от пиковой активности в RFA; то есть дискриминаторы временного окна амплитуды определяли, когда потенциалы действия регистрировались с микроэлектрода RFA.Дискриминация индивидуального потенциала действия запускала подачу короткого импульса электрического тока на микроэлектрод, имплантированный в S1. В группе OLS стимуляция производилась произвольно с частотой, примерно такой же, как и в группе ADS, но время стимуляции не коррелировало с распознанными потенциалами действия ( SI Materials and Methods ). Беспроводное микроустройство с батарейным питанием, закрепленное на свободно перемещающемся черепе крысы, работало 24 часа в сутки (рис. 2 A и рис. S1).

    Процедура ТПП.

    У каждой крысы удаляли череп над CFA, оставляя твердую мозговую оболочку нетронутой. Стержень диаметром 3 мм с плоским наконечником помещали в имеющийся в продаже импактор (Leica Microsystems), центрировали над целевым местом ( SI Materials and Methods ), а затем опускали до тех пор, пока поверхность наконечника не соприкасалась с твердой мозговой оболочки, на что указывает звуковой сигнал, запускаемый датчиком обратной связи. Затем стержень был втянут и взведен.Удар производили с экскурсией на 2 мм ниже поверхности твердой мозговой оболочки. Этот протокол приводит к воспроизводимым поражениям, которые повреждают все слои коры в пределах CFA с минимальным поверхностным повреждением нижележащих трактов белого вещества и ограниченным повреждением или отсутствием повреждения соседних областей коры (5).

    Программирование микроустройств.

    Программирование ADS.

    Для определения параметров дискриминации для ADS был выбран канал с лучшим отношением сигнал/шум. Этот же канал позже использовался во время работы микроустройства для определения пиковых событий, запускающих стимуляцию.С помощью пользовательского сценария MATLAB (MathWorks) потенциалы действия различались в автономном режиме с помощью порогового значения и двух настраиваемых пользователем окон времени-амплитуды с целью максимизировать различение наблюдаемых спайков при минимизации шума и/или артефактов стимула. Параметры стимуляции были установлены для доставки псевдодвухфазного импульса тока 60 мкА, 192 мкс с задержкой 7,5 мс после различения спайков (рис. 2 B ). Интервал гашения после каждого различения спайков предотвращал дополнительные стимулирующие импульсы в течение 28 мс.Затем параметры распознавания спайков, времени и стимуляции загружались в микроустройство для онлайн-различения спайков. Таким образом, во время работы устройства в группе ADS каждый выделенный всплеск PM запускал импульс стимуляции в S1, ограниченный интервалом гашения.

    Задержка в 7,5 мс была основана на предыдущих исследованиях эффективной задержки в локальных сетях, анализе задержек пикового стимула в пилотных данных, а также на ограничениях текущей архитектуры микроустройств. Интервал гашения в 28 мс также был основан на анализе задержек спайк-стимул в пилотных данных и был установлен для уменьшения возможности создания петли положительной обратной связи, в которой стимуляция S1 может управлять потенциалами действия в PM, повторно запуская стимуляцию S1.

    Программирование OLS.

    Параметры стимуляции в группе OLS были такими же, как и в группе ADS. Однако стимуляция не зависела от зарегистрированной нейронной активности. Вместо этого стимуляция устанавливалась произвольно с межстимульными интервалами в диапазоне от 35 до 200 мс (равномерно рандомизированными по всему диапазону), близко приближаясь к частоте стимуляции для группы ADS ( SI Materials and Methods , SI Results и Fig. .S6 А ).

    Контроль сигналов и обслуживание.

    Нейронная активность и скорость стимуляции ежедневно контролировались на протяжении всего исследования с помощью беспроводного соединения. Микроустройство работало непрерывно, предоставляя ADS или OLS 24 часа в сутки в течение эксперимента, за исключением коротких периодов, необходимых для оценки поведения, замены батареи и настройки параметров оконного дискриминатора.

    Нейронные данные с полосовой фильтрацией (от 500 Гц до 5 кГц) были записаны с частотой ∼35,7 кГц на канал с одного или четырех каналов (беспроводное или проводное соединение соответственно) во время всего мониторинга сигналов и поведенческих испытаний с использованием программного обеспечения LabVIEW (National Instruments). ).Кроме того, у всех животных было несколько сеансов, во время которых регистрировались данные о поведении в домашней клетке. Продолжительность записи необработанного сигнала любого отдельного периода мониторинга была ограничена программным обеспечением до ∼45 минут, но триггерный сигнал стимула мог быть записан до 24 часов. Данные нейронных сигналов были преобразованы из файла LabVIEW в текстовый файл и проанализированы с использованием специального программного обеспечения MATLAB.

    Обучение и оценка поведения.

    Умелое достижение задачи.

    Каждая крыса тестировалась в камере из плексигласа размерами 30 см × 30 см × 52 см.Для каждого испытания одну пищевую гранулу (45 мг; Bioserv) помещали в неглубокую лунку на расстоянии 2 см от передней стенки на внешней полке, расположенной на расстоянии 3 см от дна камеры. Крысе нужно было протянуть руку через узкую щель, чтобы достать гранулу передней лапой (рис. 2 ). После определения предпочтения передних конечностей использовали съемную стенку из плексигласа, чтобы заставить животное использовать только предпочтительную переднюю конечность (5). Испытания записывались на цифровую видеокамеру для воспроизведения и анализа.Процент успеха измеряли как процент попыток, в которых крыса схватила, извлекла и поднесла гранулу ко рту (60 попыток в день). Перед включением в оставшуюся часть исследования крысе требовалось достать и извлечь пищевые гранулы с успехом выше 70% в течение 3 дней подряд. После травмы (см. ниже) сеансы поведенческого зондирования проводились на 3-й, 5-й, 8-й, 14-й, 21-й и 28-й дни после травмы. Тестирование на 1-й и 2-й дни после травмы было нецелесообразным из-за влияния хирургического восстановления и послеоперационных анальгетиков на поведенческая производительность.Сеансы зондирования состояли из 20 проб с выключенной функцией стимуляции микроустройством и затем 20 проб с включенной функцией стимуляции микроустройством.

    Задача на разлом стопы.

    Крыс также оценивали при выполнении задания на отказ стопы, чтобы определить влияние травмы на задание на передвижение. В целом, несмотря на то, что воздействие травмы на эту задачу наблюдалось на 3-й день после повреждения, в последующие дни никаких последствий повреждения не наблюдалось. Кроме того, не было различий между группами в любой момент времени.Этот результат не был неожиданным, потому что задача на отказ стопы менее чувствительна, а спонтанное восстановление часто встречается при поражениях, ограниченных моторной корой передних конечностей.

    Статистический анализ поведенческих показателей.

    Первоначально животных случайным образом распределяли в группу ADS ( n = 6) или контрольную ( n = 5) группу. Последующая группа OLS ( n = 5) изучалась после групповой рандомизации. Это было необходимо для использования нейрофизиологических данных группы ADS для определения протокола стимуляции для группы OLS.

    Линейные смешанные модели (LMM) (43) были сгенерированы с помощью ограниченной оценки максимального правдоподобия с использованием SAS версии 9.2 PROC GLIMMIX (SAS Institute, Inc.) для моделирования производительности каждого животного в выполнении задачи, связанной с достижением навыков, требующей навыков, с течением времени. Результаты представлены для отражения ряда моделей однофакторного дисперсионного анализа, поскольку LMM дает аналогичные результаты. Для животных в группах ADS и OLS в качестве результата изучали разницу между состояниями «ВЫКЛ» и «ВКЛ». Модели включали фиксированные эффекты для группы лечения, времени и их взаимодействия.

    Время рассматривалось как непрерывная мера для получения оценок полиномиальной зависимости для профилей восстановления в каждой группе лечения с течением времени вплоть до квадратичной зависимости (зависящей от группы лечения). Эффекты, специфичные для животных, были введены за счет случайных перехватов в этих моделях; таким образом, модели позволили оценить нормально распределенные члены ошибок как для эффектов между животными, так и для внутриживотных. Для определения функциональной формы этих взаимосвязей использовалось обратное исключение со значениями F test P <0.05, чтобы эффекты оставались в моделях. Все члены более низкого порядка сохранялись в моделях при наличии эффектов взаимодействия более высокого уровня, независимо от статистической значимости. Модели оценивались путем визуального осмотра наблюдаемых и прогнозируемых значений для каждого животного для оценки соответствия модели, графиков наблюдаемых и остаточных значений для оценки предположений о постоянной дисперсии, а также гистограмм остатков и графиков квантилей-квантилей для оценки предположения о нормальном распределении случайных эффектов. . Остатки включали как коэффициенты случайного пересечения (для условий ошибок между животными), так и общие остатки (для условий ошибок внутри животных).

    Линейные контрасты модельных оценок использовались для проверки различий групп лечения на 3, 5, 8, 14, 21 и 28 дни после повреждения с использованием тестов F , причем 28-й день служил априорной точкой интереса для оценки времени. сравнение ADS и OLS. Также были протестированы другие парные сравнения в каждый момент времени ( SI Materials and Methods, Protocol Deviations ). Учитывая единственное априорное первичное сравнение, дальнейшие корректировки для множественных сравнений не делались. Линейные контрасты использовались для создания 95% доверительных интервалов для каждой группы лечения в эти конкретные дни и, в группах ADS и OLS, для проверки различий между OFF и OLS.Условия включения. Двусторонние значения P использовались для представления результатов.

    Благодарности

    Авторы благодарят Андреа Пак и Александру Браун за техническую помощь, Кэма Тески за ценные комментарии к обсуждению и Кейси Вуд за художественный вклад. Это исследование финансировалось Программой премий Министерства обороны по травмам головного мозга, инициированным исследователями, в соответствии с наградами W81XWH-10-1-0741/0742 (для PM и RJN) и Американской кардиологической ассоциацией в соответствии с наградой 09BGIA2280495 (для P.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *