大腦停電引發偏頭痛

該視頻顯示了在大鼠腦中傳播抑鬱症擴散去極化的圖像。 頂部的圖像顯示沒有任何干預的傳播抑鬱症。 底部的圖像顯示了電流乾預的擴散抑制。 這個領域在大腦表面擴散得更深,但不是那麼遠,從根本上切斷了擴散性抑鬱症的進展。

研究人員已經確定了偏頭痛開始時特有的電活動,並證明了在動物實驗中阻止它的方法。

“癲癇發作和偏頭痛是兩種截然不同的大腦狀態,”賓夕法尼亞州立大學神經外科,工程科學和力學以及物理系工程教授Steven J. Schiff說。

“我們發現在偏頭痛中看到的擴散去極化,也稱為擴散性抑鬱,是一種基本的生物物理現象,你可以用電流阻止它。 奇怪的是,這與用於關閉癲癇發作的電流方向相反,“希夫說。

“導致光環的大腦中的電活動就像一個滾動的停電......”

根據疾病中心的說法,研究人員還沒有治愈偏頭痛,但他們更接近於了解大腦中導致這些頭痛的起因或光環的機制,這些機制影響男性的10百分比和女性的22百分比。控制。

研究人員通過擴散去極化生物物理學的計算模型進行實驗,成功地證明了大鼠腦片中擴散去極化的調節,抑制和預防。

“導致光環的大腦中的電活動就像一次滾動停電,”該大學神經工程中心的博士後學者Andrew J. Whalen說。 “它不僅僅是一個單細胞,而是一種跨大腦的連鎖反應,導致腫脹,需要一段時間才能恢復。”


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許多偏頭痛患者在頭痛開始前首先體驗這種視覺光環。 希夫和他的團隊針對引起先兆的電活動,因為它是啟動偏頭痛的基礎。

光學圖像顯示大腦中的擴散去極化波
在左側,光學圖像顯示大腦中的擴散去極化波; 在中間,圖像顯示加速並用負電流繪製到波的表面; 在右邊,圖像顯示波的限制與傳播的阻止,對。
(圖片來源:Schiff Lab /賓州州立大學)

研究人員知道,改變大腦中的鹽濃度可以改變大腦的電過程。 通過改變大腦中的鉀濃度,研究人員可以觸發擴散去極化。

所涉及的腦細胞具有稱為體細胞的中心體和稱為樹突的長的天線狀臂。 兩端允許研究人員用電流極化電池 - 正電荷在一端累積,負電荷在另一端累積。 這允許他們使用電流來嘗試調節腦細胞活動。

“......我們可以通過一個電流使其變得更糟,我們可以用相反的電流使它更好......”

“我們認為如果我們停止了初始階段,光環,我們就會停止其餘的,”希夫說。 “我們終於發現阻止傳播抑鬱所需的電荷與我們假設的相反。 一旦我們選擇了相反的電荷,這種現象的進展就會停止。 這一切都有意義,因為癲癇發作和偏頭痛始於腦細胞的兩端。“

研究人員能夠使用正電荷來阻止擴散極化。 大鼠腦切片的成像顯示偏頭痛活動更深入大腦,在那裡它不再傳播,有效地結束了這一事件。

“我們提出了生物物理學的理解,它適用於光環的基本生理學,我們可以用一個電流使其更糟,我們可以用相反的電流使它更好,”希夫說。

在人腦中可以安全地應用這樣的極化,並且可以在偏頭痛患者的臨床試驗中測試該策略。 然而,患者經歷的完全偏頭痛在初始先兆後變得更加複雜。

“人們希望能夠修復大腦,使其不易患偏頭痛或癲癇發作,”工程科學與力學,神經外科和生物工程教授,神經工程中心副主任Bruce J. Gluckman說。 “一旦開始,就不必控制偏頭痛或傳播抑鬱症。 就目前而言,這是一個根本性的結果,使我們更接近能夠以一種重要的方式乾預這種狀況。“

該研究出現在 科學報告.

中國電子科技大學研究員; 賓州州; 德國柏林洪堡大學也為這項工作做出了貢獻。

美國與德國國立衛生研究院計算神經科學計劃的合作研究; BundesministeriumfürBildungund Forschung; 美國國立衛生研究院BRAIN Initiative支持這項工作。 研究人員已就此項工作申請臨時專利。

資源: 賓夕法尼亞州立大學

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