מחקר חדש בטכניון חושף מנגנון לבקרה מדויקת ופרטנית על פעילות המוח באמצעות גלי אולטרסאונד.
גרייה מלאכותית של המוח, באמצעים מדויקים ולא פולשניים, היא אחד היעדים המרכזיים בחקר המוח ובטיפול בו. זו הסיבה להתלהבות הגוברת בקהילה המדעית מההצלחות האחרונות בתחום, שאחת המרכזיות בהן היא הפעלתם של נוירונים באמצעות גלי אולטרסאונד Ultrasonic) Neuromodulation). גישה זו עשויה להשלים ואף להחליף את טיפולי המוח הקיימים, המחייבים החדרה כירורגית של אלקטרודות דרך הגולגולת ולכן כרוכים בסיכון. היכולת להשפיע על תאי עצב באמצעות גלי אולטרסאונד ידועה כבר שנים רבות, אך בשנים האחרונות חלו התפתחויות דרמטית ביכולת זו ולאחרונה אף הודגמה יכולת ליצור תחושות מלאכותיות (פיקטיביות) אצל נבדקים על ידי גירוי מוחי ישיר. עם זאת, מאחר שמדובר במערכות ובתופעות מורכבות מאוד, עדיין רב הנסתר על הגלוי, במיוחד בכל הקשור למנגנונים המאפשרים הפעלה ושיתוק של רשתות עצביות.
בשורה חדשה בהקשר זה מגיעה מהטכניון, מהפקולטה להנדסה ביורפואית וממכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה. מחקר שערכו הפרופסורים שי שהם ואיתן קימל והדוקטורנט מיכאל פלקסין עשוי לשפר את יכולתנו להבין וליישם את התופעות הקשורות להשפעה על המוח (נוירו-מודולציה) באמצעות אלומה ממוקדת של אולטרסאונד. במחקר, שהתפרסם בגיליון החדש של כתב העת eNeuro, מוצעת תשתית תאורטית חדשה המסבירה מגוון גדול של ממצאים נסיוניים בתחום.
מן המחקר האמור עולה, למרבה ההפתעה, כי צורת ההפעלה של האולטראסאונד משפיעה באופן דרמטי על האינטראקציה בין הגל לבין תא העצב, וכתוצאה מכך ישפיעו תבניות אולטראסאונד מסוימות באופן שונה על סוגים שונים של תאי עצב. האמצעים ששימשו במחקר זה מאפשרים לחזות את התופעות המורכבות שמתקבלות ברשתות עצביות במוח, המורכבות מסוגים שונים של תאי עצב.
קבוצת המחקר פיתחה את NICE – מודל ביו-פיזיקלי המסביר את השפעת גלי האולטרסאונד על המוח. כאשר גלי אולטרסאונד פוגעים בתא מתחיל קרום התא לרטוט, רטט המוביל לטעינת הקרום במטען חשמלי. ככל שמתארך משך הרטט כך נצבר בקרום יותר מטען, המוביל לעירור חשמלי (הפעלה) של תאי עצב. כעת מראה הקבוצה שכאשר הגל האולטרסוני מופעל בפולסים קצרים יתרחש עירור סלקטיבי של תאים מהסוג שבולם את פעילות הרשת. התוצאה: שיתוק הפעילות ברשת העצבית. זהו הסבר ראשון לתופעה זו, אשר נצפתה לאחרונה באופן ניסויי על ידי חוקרים באוניברסיטת הרווארד.
לדברי פרופ’ שהם, “עד עתה נמצאה התאמה יפה מאוד בין הניבוי של מודל NICE לבין תוצאות הניסויים בתחום, ולכן יש כאן שתי בשורות חשובות: אישוש נוסף לכוח הניבוי של התיאוריה המובילה בתחום, ופתיחת יכולת חדשה להנדס דפוסי אולטראסאונד שיפעילו באופן פרטני אוכלוסיות שונות של תאי עצב – הפעלה שהתאפשרה עד כה רק באמצעים מאוד פולשניים.”
המחקר החדש עשוי להוביל לפריצות דרך משמעותיות בתחום הטיפול הרפואי הלא פולשני במחלות נוירולוגיות. “במידה רבה, המוח הוא עדיין בגדר קופסה נעולה,” אומר פרופ’ שהם, “ויתכן שגלי אולטרסאונד עשויים להוות מפתח לקופסה זו. כעת, לדוגמה, במסגרת שיתוף פעולה עם חברת אינסייטק ופרופ’ איתמר קהאן מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט, ובאמצעות טכנולוגיית MRI, אנחנו בודקים לראשונה בטכניון את השפעת האולטרסאונד על פעילות מוחית, כדי שנוכל לנטר אותה ללא הזדקקות לאלקטרודות ולאמצעים פולשניים אחרים.”
