大脑停电引发偏头痛

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该视频显示了在大鼠脑中传播抑郁 - 扩散去极化的图像。 顶部的图像显示没有任何干预的传播抑郁症。 底部的图像显示了电流干预的扩散抑制。 这个领域在大脑表面蔓延得更深,但不是那么远,基本上会切断传播抑郁症的进展。

研究人员已经确定了偏头痛开始时特有的电活动,并证明了在动物实验中阻止它的方法。

“癫痫发作和偏头痛是两种截然不同的大脑状态,”宾夕法尼亚州立大学神经外科,工程科学和力学,物理系工程学教授Steven J. Schiff说。

“我们发现在偏头痛中看到的扩散去极化,也称为扩散性抑郁,是一种基本的生物物理现象,你可以用电流来阻止它。 奇怪的是,这与用于关闭癫痫发作的电流方向相反,“希夫说。

“引起光环的大脑中的电活动就像一场滚滚停电......”

根据疾病中心的说法,研究人员还没有治愈偏头痛,但他们更接近了解大脑中导致这些头痛的起始或机械的机制,这些机制影响男性的10百分比和女性的22百分比。控制。

研究人员通过扩散去极化生物物理学的计算模型进行实验,成功地证明了大鼠脑片中扩散去极化的调节,抑制和预防。

“导致光环的大脑中的电活动就像一次滚动停电,”该大学神经工程中心的博士后学者Andrew J. Whalen说。 “这不仅仅是一个单细胞,而是一个跨大脑的连锁反应导致肿胀,需要一段时间才能恢复。”

许多偏头痛患者在头痛开始前首先体验这种视觉先兆。 希夫和他的团队针对引起先兆的电活动,因为它是启动偏头痛的基础。

光学图像显示大脑中的扩散去极化波
在左侧,光学图像显示大脑中的扩散去极化波; 在中间,图像显示加速并用负电流绘制到波的表面; 在右边,图像显示波的限制与传播的阻止,对。
(图片来源:Schiff Lab / Penn State)

研究人员知道,改变大脑中的盐浓度可以改变大脑的电过程。 通过改变大脑中的钾浓度,研究人员可以触发扩散去极化。

所涉及的脑细胞具有称为体细胞的中心体和称为树突的长的天线状臂。 两端允许研究人员用电流极化电池 - 正电荷在一端累积而负电荷在另一端累积。 这允许他们使用电流来尝试调节脑细胞活动。

“......我们可以通过一个电流使其变得更糟,我们可以用相反的电流使其更好......”

“我们认为,如果我们停止了初始阶段,光环,我们将停止其余部分,”希夫说。 “我们终于发现阻止传播抑郁所需的电荷与我们假设的相反。 一旦我们选择相反的电荷,现象的进展就会停止。 这一切都有意义,因为癫痫发作和偏头痛始于脑细胞的两端。“

研究人员能够使用正电荷来阻止扩散极化。 大鼠脑切片的成像显示偏头痛活动向大脑深处移动,在大脑中它不再传播,有效地结束了这一事件。

“我们提出了生物物理学的理解,它适用于光环的基本生理学,我们可以用一个电流使其变得更糟,我们可以用相反的电流使它更好,”希夫说。

在人脑中可以安全地应用这样的极化,并且可以在偏头痛患者的临床试验中测试该策略。 然而,患者经历的完全偏头痛在初始先兆后变得更加复杂。

“人们希望能够修复大脑,使其不易患偏头痛或癫痫发作,”工程科学与力学,神经外科和生物工程教授,神经工程中心副主任Bruce J. Gluckman说。 “一旦开始,就不必控制偏头痛或传播抑郁症。 就目前而言,这是一个根本性的结果,使我们更接近能够以一种重要的方式干预这种状况。“

研究出现在 科学报告.

中国电子科技大学研究员; 宾州州; 德国柏林洪堡大学也为这项工作做出了贡献。

美国与德国国立卫生研究院计算神经科学计划的合作研究; BundesministeriumfürBildungund Forschung; 美国国立卫生研究院BRAIN Initiative支持这项工作。 研究人员已就此项工作申请临时专利。

来源: 宾夕法尼亚州立大学

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