Подкорковые области, расположенные в самых глубоких частях мозга, остаются загадкой. Учёные знают, что они играют важную роль в моторной, эмоциональной и ассоциативной активности, но им не известно точно, как они работают. Некоторые тяжёлые болезни напрямую связаны с этими областями, включая болезнь Паркинсона, синдром Туретта и некоторые обсессивно-компульсивные расстройства (ОКР). Существующие способы измерения и регуляции активности подкорковых областей высокоинвазивны и при функционировании иногда проявляют ещё неизученные эффекты. Исследователи из Женевского (фр. Université de Genève) и Кёльнского (нем. Universität zu Köln) университетов решили узнать, как можно использовать неинвазивный метод, электроэнцефалограмму (ЭЭГ), дополнив её математическими алгоритмами, чтобы извне измерить глубинную мозговую активность. Они впервые показали, что такая техника способна регистрировать сигналы, которые, как считали ранее, можно получить только вживляя электроды в мозг.
Сложность представляет непосредственное изучение подкорковых областей, которые расположены в самых глубоких частях мозга. Известно, что две ключевые структуры в этих областях — таламус и прилежащее ядро, они сообщаются друг с другом и с корой, контролируя моторное, эмоциональное и ассоциативное возбуждение (высокоуровневое мышление) посредством электрических колебаний. «Дисфункция их коммуникации становится причиной серьёзных, специфически человеческих болезней, таких как болезнь Туретта и ОКР, которые обычно начинаются в подростковом возрасте, когда развитие мозга подходит к концу, а также болезни Паркинсона», — объясняет Кристоф Мишель (Christoph Michel) из Женевского университета.
Применяемое сейчас лечение основано на стимуляции глубинных областей мозга, и оно высокоинвазивно: это имплантирование электродов внутрь мозга, которые стимулируются извне электрическим током. «Несмотря на то, что эта техника показала эффективность при болезни Паркинсона, к сожалению, она не работает так же хорошо при ОКР и синдроме Туретта», — говорит Мартин Сибер (Martin Seeber), ведущий автор исследования.
Чтобы улучшить существующий подход, важно было понять, как подкорковые зоны функционируют и сообщаются между собой. Заболевания, упомянутые выше, встречаются только у людей, поэтому исследований на животной модели было недостаточно. Поскольку имплантирование электродов — крайне инвазивная техника, требовался другой метод, чтобы увеличить число исследуемых субъектов. «Мы надеялись на ЭЭГ, которая регистрировала бы электрическую активность мозга с использованием 256 электродов, расположенных на черепе», — продолжает Мишель. Но действительно ли можно измерить активность мозга извне черепа?
В сотрудничестве с группой, которую возглавила Вирле Виссер-Вандевалле (Veerle Visser-Vandewalle), нейрохирург из Кёльнского университета, исследователи из Женевского университета смогли измерить и зарегистрировать электрическую активность в подкорковой области у четырёх пациентов с ОКР и синдромом Туретта, которым были вживлены электроды-импланты. Одновременно, эти люди были подключены к ЭЭГ, так учёные измерили мозговую активность с поверхности черепа. Такое сочетание измерений позволило определить закономерности, сопоставляющие поверхностную и глубокую активность. «Математические алгоритмы, которые мы построили, показывают, что можно достаточно точно интерпретировать данные, предоставляемые ЭЭГ, и достоверно знать, откуда происходит мозговая активность», — рассказывает Сибер.
Результат исследования состоял в том, что данные ЭЭГ и информация с имплантов идеально коррелировали. «Мы получили ЭЭГ-сигналы, в высокой степени похожие на сигналы с имплантов, и, наконец, доказали, что ЭЭГ с поверхности может быть использована, чтобы увидеть, что происходит в глубинных частях мозга, не измеряя их активность непосредственно», — утверждает профессор Мишель.
«Теперь мы знаем, что ЭЭГ можно использовать для анализа подкорковых зон, — продолжает Сибер. — Мы можем попытаться определить, как они взаимодействуют друг с другом и с корой, — в надежде лучше понять причины таких заболеваний, как синдром Туретта и ОКР». Учёные также заинтересованы в использовании этой техники для улучшения применяемых сейчас методов лечения. «В конце концов, мы надеемся, что через некоторое время будем способны стимулировать глубинные части мозга с поверхности посредством электромагнитного воздействия, навсегда отказавшись от электродных имплантов в мозгу», — говорит профессор Мишель.
