Стимуляция блуждающего нерва: как ухо может изменить мозг

Стимуляция блуждающего нерва изменяет химию мозга, указывая на терапевтический потенциал.
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Psychophysiology, предоставляет новые сведения о том, как стимуляция блуждающего нерва через ухо может влиять на функцию мозга. Исследователи обнаружили, что одна сессия транскутанной аурикулярной стимуляции блуждающего нерва (taVNS) продолжительностью 30 минут привела к значительному снижению уровня специфического белка, связанными с синаптической активностью у крыс. Это изменение отмечалось в ключевых областях мозга, связанных с когнитивными функциями, моторным контролем и регуляцией настроения.
Тем не менее, в исследовании не были обнаружены изменения в обмене глюкозы, которая является маркером общей активности мозга. Эти результаты вносят вклад в растущее количество исследований, предполагающих, что неинвазивная стимуляция блуждающего нерва может иметь терапевтический потенциал для неврологических и психиатрических расстройств.
Блуждающий нерв — ключевая часть нервной системы, соединяющая мозг с различными органами, включая сердце, легкие и пищеварительный тракт. Он играет важную роль в регуляции функций организма, таких как частота сердечных сокращений, пищеварение и воспаление. Из-за своего широкого влияния исследователи изучают, как электрическая стимуляция этого нерва может помочь при состоянии, таких как эпилепсия, депрессия и хроническая боль. Традиционная стимуляция блуждающего нерва (VNS) включает в себя имплантацию устройства для передачи электрических импульсов непосредственно к нерву. Хотя этот метод эффективен, он требует операции и может повлечь за собой риски.
Недавно ученые начали исследовать менее инвазивную альтернативу: транскутанную аурикулярную стимуляцию блуждающего нерва (taVNS). Этот метод использует электроды, размещенные на коже уха, зоны, связанной с ветвью блуждающего нерва. Ранние исследование показывают, что taVNS может давать аналогичные преимущества по сравнению с имплантированной VNS, но без необходимости в хирургическом вмешательстве. Однако механизмы, стоящие за taVNS, остаются неясными. Чтобы лучше понять его влияние на мозг, ученые в этом исследовании использовали сочетание передовых методов визуализации и моделей на животных.
«Мы изучали методы стимуляции мозга на моделей животных в нашей лаборатории в течение нескольких лет и оценивали эффекты на нейротрансмиттерную активность, используя ПЭТ-визуализацию, пытаясь разобраться в терапевтических механизмах, актуальных для заболеваний, таких как депрессия или болезнь Паркинсона», — объяснили постдокторант Кара Балл и доцент Анне Ландау из Трансляционной нейропсихиатрической единицы Университета Оргус.
«Транскутанная аурикулярная стимуляция блуждающего нерва (taVNS), которая продемонстрировала потенциал как лечение неврологических расстройств, стала особенно интересной для нас, поскольку ток подается через зажим для уха, что делает его неинвазивным, без необходимости в операции или имплантате электрода».
Исследователи работали с 24 самками крыс породы Sprague-Dawley, широко используемой в лабораторных исследованиях. Они разделили крыс на две группы: одна группа получила настоящую taVNS, а другая прошла фиктивное лечение, при котором электрическая стимуляция применялась к другой части тела (ноге) в качестве контрольной меры. Стимуляция длилась 30 минут, при этом в taVNS группе обрабатывалось левое ухо.
Чтобы измерить изменения в активности мозга, исследователи применили два типа ПЭТ-визуализации. Один метод использовал трассер под названием [11C]UCB-J для оценки уровней синаптического везикулярного гликопротеина 2A (SV2A), белка, который находится в предсинаптических нервных окончаниях, и играет роль в выделении нейротрансмиттеров. Более высокие уровни SV2A обычно указывают на более активные синаптические связи. Другой метод использовал [18F]фтордезоксиглюкозу ([18F]FDG) для измерения обмена глюкозы, стандартного маркера общей активности мозга.
Каждой крысе проводилось изображение дважды — один раз до стимуляции (базовый уровень) и один раз после. Сравнивая два набора изображений, исследователи смогли оценить влияние taVNS на функцию мозга.
«Учитывая потенциальную терапевтическую полезность taVNS, мы провели небольшое исследование визуализации мозга на здоровых крысах, целью которого было определить краткосрочные эффекты одной сессии taVNS», — объяснили исследователи. «Мы использовали микроПЭТ, подход, который основывается на введении радиометко́вых молекул для исследование конкретных изменений в живом мозге и изучение метаболизма глюкозы, а также изменения синаптических связей в ответ на taVNS».
Основным открытием стало то, что taVNS привела к значительному снижению уровней SV2A в нескольких областях мозга, включая лобную кору, стриатум и часть среднего мозга. Это снижение составило от 36% до 59%, что указывает на то, что taVNS влияет на синаптическую функцию в нескольких областях мозга. Важно, что снижение SV2A наблюдалось с обеих сторон мозга, хотя стимуляция проводилась только в левом ухе. Это предполагает, что taVNS оказывает обширное влияние на нейрональную активность, а не ограничивается только непосредственно стимулированной областью.
«БилиATERАЛЬНОЕ снижение нашего измерения синаптической плотности было неожиданным, несмотря на то, что стимуляция была односторонней, что указывает на более широкое начальное воздействие, чем мы изначально предполагали», — рассказали Балл и Ландау PsyPost.
В то же время исследование не выявило значительных изменений в обмене глюкозы. Этот результат предполагает, что, хотя taVNS может влиять на синаптическую активность, она не вызывает резких изменений в общей энергетической активности мозга — по крайней мере, не в краткосрочной перспективе.
«Было также интригующе, что эти изменения в нашем синаптическом маркере произошли без значительных изменений в обмене глюкозы в мозге, что указывает на то, что taVNS может остро влиять на системы нейротрансмиттеров, а не на общую метаболическую активность», — отметили исследователи. «Однако возможно, что эффекты хронической taVNS вызовут другие изменения, и это необходимо исследовать в будущих исследованиях».
Эти результаты предоставляют новые сведения о том, каким образом taVNS может работать на молекулярном уровне. Наблюдаемое снижение уровней SV2A может указывать на то, что taVNS влияет на выделение нейротрансмиттеров, потенциально изменяя коммуникацию между клетками головного мозга. Учитывая, что синаптическая дисфункция связана с различными неврологическими и психиатрическими расстройствами, эти изменения могут быть важны для понимания того, как taVNS может оказывать терапевтические эффекты.
«Наши предварительные результаты предполагают, что даже одно введение taVNS может модулировать функцию мозга на синаптическом уровне, что может иметь значение для лечения неврологических и психиатрических расстройств», — объяснили Балл и Ландау. «Это следует расценивать как отправную точку для будущих исследований, где механизмы taVNS будут изучаться в живом мозге».
Одним из важных ограничений является небольшой размер выборки, что означает, что результаты необходимо подтвердить в более крупных исследованиях. Кроме того, в исследовании участвовали только самки крыс, поэтому неясно, будут ли результаты такими же у самцов. Будущие исследования должны исследовать, влияет ли пол на эффекты taVNS.
Еще одним ограничением является то, что исследование изучало только непосредственные эффекты одной сессии taVNS. Возможно, что повторная или длительная стимуляция может привести к другим или более ярко выраженным эффектам на функцию мозга. Будущие исследования могли бы исследовать, вызывает ли хроническая taVNS долговременные изменения в синаптической активности и влияют ли эти изменения на поведенческие или когнитивные улучшения.
Наконец, хотя исследование сосредоточено на синаптической плотности и метаболизме глюкозы, другие биологические маркеры также могут быть актуальными. Будущие исследования могут исследовать, влияет ли taVNS на воспаление, уровни нейротрансмиттеров или другие аспекты функции мозга.
«В области стимуляции мозга и нейровизуализации мы в настоящее время изучаем изменения в связывании нашего маркера синаптической плотности ПЭТ в модели минисвинки болезни Паркинсона в ответ на острую и хроническую глубокую стимуляцию мозга», — сообщили Балл и Ландау.
«В контексте неинвазивной стимуляции мозга наша цель — изучить воздействия как острой, так и хронической taVNS в предклинических моделях заболеваний, особенно для состояний, таких как болезнь Паркинсона и депрессия, где модификация синаптической плотности может быть полезной. Мы стремимся предоставить более надежные предклинические данные о механизмах taVNS, которые могут проложить путь для его использования в качестве терапевтического вмешательства при расстройствах центральной нервной системы».
Исследование, "Острая транскутанная аурикулярная стимуляция блуждающего нерва модулирует плотность пресинаптического SV2A в здоровом мозге крысы: исследование с использованием in vivo микроПЭТ", было написано Кариной Х. Биндой, Каролиной С. Реал, Метте Т. Симонсен, Эббе К. Грове, Дирком Бендером, Альбертом Гйедде, Дэвидом Дж. Бруксом, Анной М. Ландау.