Fokussierte Ultraschallimpulse niedriger Intensität (LIFUP) zur Modulation von Schmerzen

LIFUP verwendet einen einzelnen großen konkaven oder mehrere Ultraschallwandler in einer Kappe, die auf der Kopfhaut platziert wird, um hochfrequente (100 Hz) Beschallungen für jeweils 30 Sekunden für 10 Impulsfolgen zu erzeugen. Im Gegensatz zum herkömmlichen diagnostischen Ultraschall, der ständig Ultraschall sendet und auf das Echo „hört“, um ein Bild zu erzeugen, liefert LIFUP den Ultraschall in Paketen oder Impulsen. Aus unklaren Gründen bewirkt gepulster Ultraschall, dass Neuronen depolarisieren und feuern. Knochen blockieren normalerweise Ultraschallwellen. Clevererweise kann man den Ultraschall jedoch aus mehreren Quellen liefern und den Schädel als Linse verwenden, um den konvergenten Strahl tatsächlich tiefer im Gehirn zu formen und zu fokussieren.

Die klinische Verwendung von LIFUP verwendet daher vor der Stimulation durchgeführte MRT-Scans, um zu positionieren und zu berechnen, wie mehrere Ultraschallpulsationen an einer Stelle im Gehirn zusammenlaufen (unter Berücksichtigung der Knochenstreuung des Strahls vom Schädel). Da ein kleiner Wandler wie beim diagnostischen Ultraschall nicht einzeln eine neuronale Entladung verursachen kann, kann mit LIFUP das neuronale Feuern sowohl tief fokussiert werden (2–12 cm unter der Kappe; zum Vergleich: herkömmliches TMS kann 1–3,4 cm2 tief stimulieren(9, 10)) und fokal (so klein wie 0,5 mm im Durchmesser und bis zu 1000 mm; die Kapazität einer standardmäßigen, im Handel erhältlichen 70-mm-Figur-von-8-TMS-Spule beträgt ungefähr 50 mm2; (9, 10)). Interessanterweise ist die Impulsbreite der Tragefrequenz von LIFUP (0,5 ms) auffallend ähnlich zu der, die bei allen anderen gepulsten Neuromodulationstherapien verwendet wird (DBS: 0,6 ms, ECT: 0,5 ms; TMS: 0,2 ms; VNS: 0,5 ms), was darauf hindeutet dass dieser Zeitrahmen mechanistisch sinnvoll ist. Dies ist ein gutes Beispiel für die gemeinsame Hintergrundwissenschaft der Hirnstimulation, die über die einzelnen Methoden hinausgeht.

Forscher haben die Wirkungen von LIFUP in vorklinischen und klinischen Umgebungen untersucht, seine Fähigkeit bestätigt, Nervengewebe sicher zu stimulieren (11-14), zelluläre Mechanismen für seine Wirksamkeit vorgeschlagen (13-19) und LIFUP jetzt bei menschlichen Patienten anzuwenden (20). Montiet al. (2016) beschrieben eine Fallstudie, in der sie LIFUP verwendeten, um den Thalamus eines komatösen Patienten zu stimulieren (20). Zwei Pre-LIFUP-Beurteilungen stuften den Patienten als in einem Zustand mit minimalem Bewusstsein (MCS) ein. Nach der Beschallung erholte sich der Patient am nächsten Tag wieder zu motorischen und oromotorischen Funktionen und erreichte durch Nicken und Kopfschütteln ein vollständiges Sprachverständnis und eine vollständige Kommunikation. Fünf Tage nach LIFUP versuchte der Patient zu gehen. Obwohl diese Studie weder verblindet noch scheinkontrolliert war, war die erste Anwendung von therapeutischem LIFUP bei einem menschlichen Patienten ermutigend und wir erwarten weitere therapeutische Anwendungen von LIFUP und potenzielle klinische Studien in der Zukunft. Wenn LIFUP weiterhin klinisches Potenzial zeigt, hat es das Potenzial, die Rolle von DBS zu ersetzen, ohne dass eine Operation erforderlich ist. Das Haupthindernis dafür, dass LIFUP DBS für klinische Anwendungen ersetzt, besteht darin, dass DBS im Großen und Ganzen so verwendet wird, dass das Gerät eingeführt und ständig eingeschaltet wird, ohne zu versuchen, die Schaltkreisdynamik oder das Verhalten grundlegend zu ändern, sodass Sie das Gerät entfernen könnten. Natürlich können Patienten einen LIFUP-Helm nicht dauerhaft tragen. In dem Maße, in dem wir jedoch lernen, auf eine Weise zu stimulieren, die das Schaltkreisverhalten (LTD oder LTP) ohne Ablation dauerhaft ändert, können wir möglicherweise mehrere LIFUP-Sitzungen ersetzen, die das Gehirn trainieren und neu verdrahten können, anstatt dauerhaft Hardware zu implantieren. LIFUP kann sicherlich tief und fokal und nicht-invasiv stimulieren und könnte daher ein wichtiger nächster Schritt auf dem Gebiet der Hirnstimulation sein.

Informationen über die zu untersuchende Intervention. Wir werden das Low Intensity Focused Ultraschall-Pulsationsgerät von Brainsonix verwenden. (BX-Pulsar 1001). Bitte lesen Sie die Beschreibung des Herstellers (Technische Zusammenfassung) zusammen mit den Anhängen über die tatsächliche Sicherheit des Geräts selbst.