Questo Brain Blackout inizia un'emicrania

Questo video mostra un'immagine di diffusione della depressione che sparge la depolarizzazione in un cervello di topi. L'immagine in alto mostra la diffusione della depressione senza alcun intervento. L'immagine in basso mostra una depressione diffusa con intervento di corrente elettrica. Il campo si diffonde più in profondità, ma non così lontano sulla superficie del cervello, essenzialmente tagliando la progressione della depressione che si sta diffondendo.

I ricercatori hanno identificato l'attività elettrica specifica all'inizio dell'emicrania e hanno dimostrato un modo per fermarlo negli esperimenti sugli animali.

"Le convulsioni e le emicranie sono due stati del cervello molto diversi", afferma Steven J. Schiff, professore di ingegneria nei dipartimenti di neurochirurgia, ingegneria meccanica e meccanica e fisica alla Penn State.

"Abbiamo scoperto che la diffusione della depolarizzazione, chiamata anche diffusione della depressione, osservata nelle emicranie è un fenomeno biofisico fondamentale e puoi fermarlo con la corrente elettrica. Stranamente, è la direzione opposta della corrente elettrica utilizzata per spegnere le convulsioni ", afferma Schiff.

"L'attività elettrica nel cervello che causa l'aura è come un oscuramento rotolante ..."

I ricercatori non hanno curato l'emicrania, ma sono più vicini alla comprensione del meccanismo nel cervello che causa l'inizio, o l'aura, di questi mal di testa, che influenzano il 10% degli uomini e il 22% delle donne, secondo il Center for Disease Controllo.

Eseguendo esperimenti motivati ​​da modelli computazionali della biofisica della diffusione della depolarizzazione, i ricercatori hanno dimostrato con successo la modulazione, la soppressione e la prevenzione della diffusione della depolarizzazione nelle fette di cervello di ratto.

"L'attività elettrica nel cervello che causa l'aura è come un oscuramento", dice Andrew J. Whalen, studioso postdottorato presso il Centro universitario di ingegneria neurale. "Non è solo una singola cellula, ma una reazione a catena che si muove attraverso il cervello causando gonfiore, e ci vuole un po 'di tempo per recuperare".


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Molti malati di emicrania sperimentano prima questa aura visiva prima che inizi il mal di testa. Schiff e il suo team hanno preso di mira l'attività elettrica che causa l'aura in quanto è fondamentale per l'avvio dell'emicrania.

le immagini ottiche mostrano l'ondata di depolarizzazione diffusa nel cervello
A sinistra, le immagini ottiche mostrano l'ondata di depolarizzazione diffusa nel cervello; nel mezzo, l'immagine mostra l'accelerazione e il disegno sulla superficie dell'onda con corrente negativa; e sulla destra, l'immagine mostra il confinamento dell'onda con arresto della propagazione, giusto.
(Credito: Schiff Lab / Penn State)

I ricercatori sanno che cambiare la concentrazione di sale nel cervello può alterare i processi elettrici del cervello. Modificando le concentrazioni di potassio nel cervello, i ricercatori potrebbero innescare una depolarizzazione diffusa.

Le cellule cerebrali coinvolte hanno un corpo centrale chiamato soma e un lungo braccio simile ad un'antenna chiamato dendrite. Le due estremità consentono ai ricercatori di polarizzare le cellule con una carica elettrica positiva alla corrente che si accumula ad una estremità e le cariche negative si accumulano all'altra. Ciò consente loro di utilizzare una corrente elettrica per cercare di modulare l'attività delle cellule cerebrali.

"... possiamo peggiorare con una corrente e possiamo migliorarla con la corrente opposta ..."

"Abbiamo pensato che se avessimo fermato la fase iniziale, l'aura, avremmo interrotto il resto", afferma Schiff. "Alla fine abbiamo capito che l'accusa necessaria per fermare la diffusione della depressione era opposta a ciò che pensavamo. Una volta scelta la carica opposta, la progressione dei fenomeni si fermò. Tutto ciò aveva senso alla fine, dal momento che convulsioni ed emicranie iniziano alle estremità opposte delle cellule cerebrali. "

I ricercatori sono stati in grado di utilizzare una carica positiva per fermare la polarizzazione di diffusione. L'imaging delle fette di cervello di ratto mostra l'attività di emicrania che si sposta più in profondità nel cervello dove non può più propagarsi, ponendo effettivamente fine all'episodio.

"Abbiamo trovato una comprensione biofisica e si applica alla fisiologia fondamentale dell'aura, e possiamo peggiorarla con una corrente e possiamo renderla migliore con la corrente opposta", afferma Schiff.

L'applicazione di polarizzazione come questa può essere fatta tranquillamente nel cervello umano e questa strategia può essere testata in studi clinici con pazienti affetti da emicrania. Tuttavia, l'emicrania completa vissuta dai pazienti diventa più complicata dopo l'aura iniziale.

"Uno vuole essere in grado di aggiustare il cervello in modo che non sia suscettibile alle emicranie o ai sequestri", dice Bruce J. Gluckman, professore di ingegneria meccanica e meccanica, neurochirurgia e bioingegneria e direttore associato del Center for Neural Engineering. "Non dover controllare le emicranie o diffondere la depressione una volta che inizia. Per ora, questo è un risultato fondamentale che ci avvicina ad essere in grado di intervenire in modo importante per questa condizione. "

La ricerca appare in Rapporti scientifici.

Ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia Elettronica della Cina; Penn State; e l'Università Humboldt di Berlino, Germania, ha anche contribuito al lavoro.

La ricerca collaborativa USA-Germania nel programma di neuroscienze computazionali del National Institutes of Health; il Bundesministerium für Bildung und Forschung; e l'Iniziativa BRAIN del National Institutes of Health ha sostenuto questo lavoro. I ricercatori hanno presentato un brevetto provvisorio su questo lavoro.

Fonte: Penn State

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