Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе

Стереотаксический атлас представляет собой серию поперечных сечений анатомической структуры (например, человеческого мозга), изображённых в двух-координатной системе. Объединив набор сечений, каждой структуре мозга можно легко присвоить диапазон из трёх координат, который бы использовался для позиционирования стереотаксического устройства. Но мозг пациентов отличается по форме и размеру, а значит, требуется более точная локализация. Для индивидуального позиционирования инструмента применяется специальный тонкий электрод, с помощью которого можно стимулировать отдельные участки мозга и точно определять их принадлежность по функциональной реакции пациента. Такой подход вскоре стал непременным атрибутом большинства стереотаксических операций [24].

Если электроды могут быть применены для стимуляции различных участков мозга во время операции, то почему же не попробовать оставить их в мозге и после, разместив контакты снаружи? Такие электроды можно использовать по мере необходимости в терапевтических целях [25]. Поначалу внедрение этой техники в медицину не получило широкого распространения. А вот для экспериментов над животными она подходила как нельзя лучше. Возможно вы слышали историю с крысами, до изнеможения нажимающими на педальку и получающими электрический разряд в центр удовольствия. Эта хрестоматийная работа Джеймса Олдза и Питера Милнера, опубликованная в 1954 году, стала одной из первых экспериментальных работ по электрической стимуляции глубоколежащих структур мозга [26].

Рисунок 20 Стереотаксическая хирургия

Казалось, что этот же принцип может служить и медицинским целям – электрическая стимуляция выброса эндорфинов могла бы давать заметный обезболивающий эффект. За последующие полвека глубокая стимуляция мозга стала самостоятельным методом лечения. Вживление электродов стало эффективным методом, однако эта операция так и не потеряла некоторого ореола загадочности и авантюрности. Вероятно, по причине того, что механизм действия глубокой стимуляции мозга так и не изучен.

Стоит заметить, что электрическая нейромодуляция – доне́льзя грубый метод воздействия на мозг. Хотя электроды и вводятся с миллиметровой точностью, возбуждению подвергаются миллионы окружающих нейронов. Можно только мечтать о стимуляции отдельных или хотя бы целевых клеток определённого типа!..

В 2019 году Илон Маск презентовал технологию Neuralink. Это инвазивный нейроинтерфейс, где вместо твёрдых электродов в мозг (пока не человека, а крысы) имплантируется массив из 3072 электродов, объединённых 96-ю проводниками толщиной всего 4—6 микрон каждый. Такие проводники очень сложно имплантировать в мозг вручную, поэтому Neuralink разработала специальный стереотаксический инструмент – нейрохирургический манипулятор, который может внедрять в мозг до шести нанопроводников в минуту.

Транскраниальная электрическая стимуляция

Физиологам давно известен феномен, когда с помощью импульсного электрического тока можно подавить проведение нервных сигналов через клетки коры головного мозга животных.

Впервые в 1903 году анестезирующий эффект импульсного электрического тока продемонстрировал, в том числе и на себе, французский физиолог Ледюк (S. А. N. Leduc). Он экспериментально выяснил, что наибольший обезболивающий эффект оказывают импульсы прямоугольной формы частотой 100—200Гц.

Тюффье (М. Th. Tuffier) и Гарди (Hardy) в 1907 году впервые произвели операцию на пациенте в состоянии общей электроанестезии (электронаркоза) по методу Ледюка. [27]

В 1936 году в ЦНИИ акушерства и гинекологии в городе Ленинграде группа учёных в составе И. И. Яковлева, В.А.Петрова и при участии А.А.Ухтомского начала проверку возможности применения электронаркоза в акушерстве.

В 1964 году британский психиатр Дж. У. Т. Редферн (J.W.T. Redfearn) обнаружил, что, пропуская слабый электрический ток (50—250 мкА) через электроды, расположенные в определённых точках скальпа, можно добиться различных эффектов. В зависимости от направления тока у добровольцев менялось эмоциональное состояние, они либо становились разговорчивыми и общительными, либо молчаливыми и замкнутыми. Однако другие исследователи не смогли подтвердить его эксперименты.

Интерес исследователей к ТЭС сохранялся до середины 1970-х годов. Однако полвека усилий физиологов из США, Франции, России и других стран не оправдали их надежд – электростимуляция не демонстрировала объективного лечебного эффекта, а электронаркоз больше походил на электрошок и был просто опасен для здоровья.