Zlepšenie presnosti pamäti stimuláciou mozgu

Predstavy o mozgovej činnosti

Na obrázku nižšie vidíte niečo, čo by sme mohli nazvať ako štyri modely mozgu.

A) je redukcionistická predstava o mozgu ako o neurotransmiterovej nádrži. Podľa tejto predstavy by bola nejaká duševná porucha spojená s akýmsi narušením neurochemickej rovnováhy. Depresiu máme napríklad sklon chápať jednoducho ako deficit sérotonínu, čo však nie je celkom pravda. Mozog totiž nie je iba vak s neurochemickým koktailom, kde možno len tak ledabolo nejakú látku doplniť, ak chýba, alebo odobrať, ak jej je priveľa.

Na B) je predstava o mozgu ako dobre zapojeného čipu. Má niečo do seba, to áno, ale je tiež veľmi nepresná. V mozgu totiž nie sú dôležité len rôzne zapojené dráhy, ale aj ich neurochemické styčné body, pretože prenos informácii v ňom nie je iba elektrický, ale elektrochemický.

C) ukazuje model funkčných centier, ktorý je však, ako som už naznačil v úvode, značne zastaralý.

D) znázorňuje sieťový model mozgu, kde sú rôzne oblasti mozgu zapojené do sietí, v ktorých koordinovane pracujú na spoločných úlohách. Zásah do jednej z týchto oblastí ovplyvní funkciu celej siete (na obrázku je kortiko-ponto-cerebelo-dentato-talamo-kortikálny okruh, čo je zložité prepojenie, ktoré som zvolil schválne, aby bolo vidieť, že i tak vzdialené oblasti mozgu, ako je prefrontálna kôra, talamus a mozoček, môžu byť súčasťou jednej siete).

Aké je využitie sieťového modelu mozgu?

Pre klinickú prax v budúcnosti zrejme zásadné. Mnoho duševných porúch, ale aj neuropsychiatrických stavov a neurologických ochorení, je spojených s abnormálnou funkciou rôznych neuronálnych sietí. Pri depresii môžu byť napríklad dysfunkčné kortiko-limbické siete, čo sú spojenia štruktúr prefrontálnej kôry a limbického systému. Prejavom tejto dysfunkcie môžu byť nielen poruchy nálady a anhedónia (neschopnosť tešiť sa, pociťovať radosť), ale aj poruchy kognitívnych funkcií, narušenie koncentrácie, či myšlienky na samovraždu. Podaním antidepresíva po istom čase dochádza v optimálnom prípade k správnemu vyladeniu dysfunkčnej siete, ktorá vďaka farmakologickému zásahu pracuje primerane. Antidepresívum však môže pôsobiť aj na iné siete, čo nemusí byť vždy najvhodnejšie.

Možnosťou budúcnosti, ktorá sa však na viacerých miestach sveta aplikuje už aj v súčasnosti, je ovplyvnenie dysfunkčných sietí cieleným zásahom. Ide o metódu hĺbkovej mozgovej stimulácie (deep brain stimulation). Je to elektrická stimulácia presne definovaných mozgových regiónov. Pacientovi sa do špecifických miest mozgu implantujú elektródy a do subklavikulárnej oblasti sa mu voperuje generátor pulzov. Implantácia elektród prebieha v bdelom stave jedinca, pričom sa používa stereotaktický lokalizačný systém. Po znecitlivení kože sa elektródy zavádzajú cez malé otvory v lebke. Hlboké mozgové jadrá sa identifikujú pomocou kombinácie magnetickej rezonancie, počítačovej tomografie, stereotaktických atlasov a zápisu z mikro-elektród, respektíve na základe reakcií pacienta po zapnutí stimulácie. Stimulačné parametre pozostávajú z amplitúdy, frekvencie a dĺžky pulzov. Podľa efektivity a prípadných nežiaducich reakcií ich možno dynamicky meniť. Nastavia sa hodnoty, ktoré v konkrétnom prípade najviac vyhovujú, čo znamená, že vedú k cielenému klinickému efektu a nespôsobujú žiadne nežiaduce účinky. Liečba je tak bezpečná, dobre tolerovaná a má efekt vo viacerých terapeuticky rezistentných neuropsychiatrických stavoch (napríklad pri Parkinsonovej chorobe, dystóniách a podobne). Hlavnou nevýhodou je, že ide o invazívny zákrok, s trvalým umiestnením elektród do mozgových štruktúr, čo má svoje riziká, v mnohých prípadoch však vyvážené nesmiernymi výhodami.

V prípade terapeuticky rezistentnej depresie, kde nepomáha ani psychoterapia, ani farmakoterapia, ani elektrokonvulzívna liečba, sa skúšala hĺbková mozgová stimulácia viacerých oblastí mozgu. Jeden z najosvedčenejších cieľov je subgenuálne cingulum, ktoré je súčasťou opaskového závitu (gyrus cinguli), pričom je zároveň kľúčovou štruktúrou dysfunkčných kortikolimbických sietí. Jeho stimulácia má naozaj veľmi dobre výsledky a pomohla aj pacientom s depresiou, ktorí už roky nepocítili žiadnu úľavu. Ide o cielený zásah do funkčne narušenej neuronálnej siete, pri ktorom sa môžu neustále – podľa stavu pacienta – optimalizovať stimulačné parametre a nemusia sa zvyšovať dávky antidepresív.

Siete so špecifickými funkciami a ich ovplyvnenie

O krok ďalej je možnosť ovplyvniť stimuláciou iba izolovaný symptóm, nie celé ochorenie. Vieme totiž, že niektoré siete sú veľmi úzko špecializované. Napríklad hipokampová posteriórne-mediálna sieť (HPM sieť) má rolu v presnosti spomínania. Nech nám to už znie akokoľvek zvláštne, je to zrejme tak.

V januári 2017 publikoval tím vedcov na čele s Aneesha S. Nilakantan zaujímavú štúdiu, v ktorej stimulácia temennej oblasti mozgu prostredníctvom repetitívnej trankraniálnej magnetickej stimulácie (rTMS; ide o ne-invazívnu magnetickú stimuláciu malých oblastí mozgu v blízkosti povrchu hlavy) viedla k zlepšeniu presnosti spomínania si na lokalizáciu predmetov. Išlo o 96 predmetov, náhodne umiestňovaných na obrazovke pomocou počítača, ktorých polohu si mali účastníci zapamätať a potom zreprodukovať. Účastníci boli testovaní v úspešnosti reprodukcie lokalizácie pred stimuláciou a po stimulácii, ktorá sa realizovala každodenne v piatich po sebe nasledujúcich dňoch. Aby bolo možné porovnať účinky metódy, testovali sa aj jedinci po fiktívnej stimulácii. Po stimulácii mali účastníci jednoznačne lepšie (presnejšie) výsledky ako na začiatku a signifikantne lepšie ako účastníci po fiktívnej stimulácii.

Tieto zistenia sú ohromné z viacerých dôvodov. V prvom rade sa podarilo dokázať vzťah medzi výrazne špecializovanou funkciou, akou je presnosť spomínania (recollection precision), a jednou neuronálnou sieťou, konkrétne HPM sieťou. Hoci sa stimulovala parietálna oblasť nad temenom hlavy, tá je v rámci HPM sieti prepojená so zadnými časťami hipokampu, čo je oblasť nevyhnutná pre pamäťovú činnosť. Dôvodne sa teda môžeme domnievať, že rôzne iné neuronálne siete môžu byť tiež veľmi úzko špecializované. Zlepšenie presnosti pamäti pritom presahovalo dobu stimulácie magnetickou cievkou, čiže možno predpokladať aj jej dlhodobejšie efekty. Autori hovoria o zlepšení funkcií, ktoré by mohlo trvať približne dva týždne od poslednej stimulácie.

Ja si však hovorím, čo všetko môže ešte priniesť budúcnosť. Ak by sme skombinovali tieto dáta s metódou hĺbkovej mozgovej stimulácie, bolo by možné trvalo zlepšiť presnosť spomínania umiestnením elektródy do kľúčových miest HPM siete, podobne, ako je možné napríklad navodiť schopnosť tešiť sa zavedením hĺbkovej stimulácie do oblasti nucleus accumbens.

Taká úvaha, samozrejme, aktuálne presahuje rozmery medicíny i jej etiky. Nie však úplne. Existujú totiž neuropsychiatrické stavy, pri ktorých je postihnutá aj HPM sieť, a pri ktorých je výrazne narušená schopnosť efektívne vyvolávať pamäťové stopy.