Wpływ pulsujących pól elektromagnetycznych (PEMFS) na hemodynamikę mózgu (EPOCH)

Badania na ludziach i zwierzętach wykazały korzystny wpływ ćwiczeń na funkcje poznawcze i mózgowe. W związku z tym ćwiczenia przyciągają coraz większą uwagę naukowców jako możliwy czynnik stylu życia poprawiający funkcje neurokognitywne.

Impulsowe pola elektromagnetyczne (PEMF) o niskiej częstotliwości i niskiej amplitudzie rekapitulują wiele korzyści płynących z ćwiczeń poprzez aktywację wielu takich samych komórkowych kaskad drugiego przekaźnika aktywowanych przez mechaniczne bodźce (ćwiczenia), ale bez wywierania fizycznego obciążenia na komórki. W serii eksperymentów in vitro i in vivo badacze wykazali, że przy natężeniu pola o amplitudzie 1-2 mT system PEMF stymuluje mięśnie bez fizycznego obciążania tkanek i zapewnia następujące korzyści: 1) spowalnia utratę mięśni, 2) poprawia siłę mięśni oraz 3) uwalnia ważne czynniki regeneracyjne i poprawiające metabolizm.

Funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni (fNIRS) to stosunkowo nowa technologia obrazowania optycznego, która wykorzystuje światło w widmie bliskiej podczerwieni do nieinwazyjnego monitorowania reakcji hemodynamicznych wywołanych aktywnością neuronów poprzez pomiar zmian oksyhemoglobiny (HbO) i dezoksyhemoglobiny (HbR) stężenia w korze mózgowej. Zwiększony dopływ krwi do obszaru aktywacji neuronów zwykle powoduje wzrost stężenia HbO, podczas gdy obserwuje się spadek HbR z powodu efektu wypłukiwania krwi. Wykazano, że odpowiedzi HbO i HbR z pomiarów fNIRS są przestrzennie i czasowo skorelowane z sygnałem zależnym od poziomu tlenu we krwi uzyskanym za pomocą fMRI. Przewagą fNIRS nad innymi metodami obrazowania jest to, że jest niedroga, nieinwazyjna, niejonizująca i przenośna, co czyni ją bardzo popularną metodą implementacji interfejsów mózg-komputer. OBELAB NIRSIT to dostępne na rynku urządzenie fNIRS o dużej gęstości, które optycznie mierzy zmiany hemodynamiczne w korze przedczołowej (PFC).

Impulsowe pola elektromagnetyczne o niskiej częstotliwości i niskiej amplitudzie (PEMF) rekapitulują wiele zdrowotnych korzyści płynących z ćwiczeń, aktywując wiele takich samych komórkowych kaskad drugiego przekaźnika aktywowanych przez mechaniczne bodźce (ćwiczenia), ale bez wywierania fizycznego obciążenia na komórki. Okna odpowiedzi to w dużej mierze nierozpoznana zasada w systemach mechanobiologicznych, zgodnie z którą komórki najlepiej reagują na dany szczep, czas trwania i częstotliwość stymulacji; większe napięcie o wyższej częstotliwości i czasie trwania stymulacji jest zbyt dużym stresem dla komórek i skutkuje zerową odpowiedzią.

Badacze wykazali, że PEMF również przestrzegają elektromagnetycznego okna skuteczności z zależnościami czasowymi i częstotliwościowymi o podobnej skali, jak te wymagane do stymulacji mechanicznej, co dodatkowo potwierdza wniosek, że PEMF aktywują komórkowe szlaki mechanotransdukcji. Przy natężeniu pola o amplitudzie 1-2 mT system PEMF stymuluje mięśnie bez fizycznego obciążania tkanek i ma na celu zapewnienie następujących korzyści: 1) spowalnia utratę mięśni; 2) poprawia siłę mięśni i; 3) uwalnia ważne czynniki regeneracyjne i poprawiające przemianę materii. W związku z tym badanie to zbada mimetyczne efekty ćwiczeń PEMF na hemodynamikę mózgu i wydajność poznawczą poprzez celowanie w mięśnie. Wyniki tego badania będą pomocne w przyszłej pracy z pacjentami z deficytami pamięci, takimi jak łagodne zaburzenia poznawcze, w celu ewentualnego złagodzenia postępu choroby.