Norští výzkumní pracovníci z norské Univerzity biologických věd (UMB) vyvinuli novou metodu podrobných analýz elektrické aktivity v mozku. V budoucnu může pomoci lékařům a výzkumníkům lépe interpretovat signály mozkových buněk. To by zase mohlo vést k významnému pokroku, pokud jde o interpretaci například měření EEG a tím i stanovování diagnóz a léčebných postupů u celé řady onemocnění mozku.

Výzkumníci i lékaři měří a interpretují elektrickou aktivitu produkovanou buňkami mozku už od roku 1875.

V průběhu let lékaři získali rozsáhlé praktické zkušenosti, pokud jde o přiřazení tvaru a průběhu signálů různým mozkovým onemocněním, jako je například epilepsie. Vědí však dosud jen málo o tom, jak se tyto signály v síti nervových buněk vytvářejí.

Výzkumníci z UMB vyvinuli podrobné matematické modely, které odhalují souvislost mezi aktivitou nervové buňky a elektrickým signálem zaznamenaným na elektrodě. Základem jsou metody převzaté z matematiky, fyziky a informatiky, jakož i výpočetní výkon superpočítače Stallo na univerzitě v Tromsö.

Problematika interpretace elektrických signálů naměřených elektrodami v mozku se podobá problematice interpretace zvukových signálů, které bychom naměřili mikrofonem v davu lidí. Stejně jako lidé v davu někdy mluví všichni najednou, i nervové buňky vysílají signály „jedna přes druhou“.

Elektroda zaznamenává zvuky od celého orchestru nervových buněk, které ji obklopují, a počet těchto přispěvatelů je opravdu značný. Jeden krychlový milimetr může obsahovat až 100 000 nervových buněk.

Stejně jako zvuková stopa obsahuje basy a vysoké tóny, i v mozku se rozlišují elektrické signály o vysokém a nízkém kmitočtu. Projekt UMB se zaměřil na basy – tedy na signály nízkého kmitočtu, nazývané „potenciál blízkého pole“, zkráceně LFP (local field potential).

„Zjistili jsme, že pokud se nervové buňky ozývají náhodně jedna přes druhou a nesynchronně, je dosah elektrody malý, takže dokáže přijímat signály od nervových buněk vzdálených méně než asi 0,3 milimetru,“ říká profesor Gaute Einevoll z katedry matematických věd a technologie (IMT) na UMB. Pokud však nervové buňky hovoří současně a synchronně, může být tento dosah mnohem větší.

Lepší pochopení elektrických mozkových signálů může přímo ovlivnit diagnózy i postupy léčby chorob, jako je epilepsie. Již dnes se elektrody používají k měření aktivity mozkových buněk, která souvisí u takto postižených pacientů s jejich záchvaty, stejně jako při plánování chirurgických zákroků.

„V budoucnu by LFP signály měřené pomocí implantovaných elektrod mohly detekovat hrozící epileptický záchvat a vhodným proudovým impulzem jej zastavit,“ tvrdí Einevoll.

„Podobné postupy se již používají u mnoha pacientů s Parkinsonovou nemocí, kteří mají implantované elektrody schopné zamezit třesu,“ dodává Klas Pettersen z výzkumného týmu na UMB.

Einevoll a Pettersen nastiňují i léčbu pacientů paralyzovaných v důsledku přerušení míchy, jakožto další potenciální oblasti, kde by tuto metodu bylo možné využít.

Je-li pacient ochrnutý, vysílají buňky v jeho mozkové kůře i nadále signály, ty se však nedostanou do příslušných svalů a pacient tak není schopen pohybovat rukama nebo nohama. Budeme-li monitorovat ty správné nervové buňky a signály z nich přivádět například do robotické paže, může být podle Einevolla pacient schopen ovládat ji sám, pouze pomocí svých myšlenek.

Skupina počítačové neuroniky na UMB již navázala kontakty s jinými skupinami klinického výzkumu v USA i v Evropě, aby mohla dále zkoumat využití této metody při léčbě pacienta.

Více: http://sciencenordic.com/tapping-brain-orchestra.

Autor: Z originálu „Tapping the Brain Orchestra“, Mensa International Journal, číslo 558, duben 2012, str. 3 přeložil Petr Psutka