Lågintensiva fokuserade ultraljudspulser (LIFUP) för att modulera smärta

LIFUP använder en enda stor konkav eller flera ultraljudsgivare i ett lock placerat på hårbotten för att producera högfrekventa (100Hz) sonikeringar i 30 sekunder åt gången för 10 pulståg. Till skillnad från traditionellt diagnostiskt ultraljud, som ständigt sänder ultraljud och "lyssnar" på ekot för att bilda en bild, levererar LIFUP ultraljudet i paket eller pulser. Av skäl som inte är klara, orsakar pulserande ultraljud neuroner att depolarisera och avfyras. Ben blockerar vanligtvis ultraljudsvågor. Men smart kan man leverera ultraljudet från flera källor och använda skallen som en lins för att faktiskt forma och fokusera den konvergerande strålen djupare i hjärnan.

Den kliniska användningen av LIFUP använder således MRI-skanningar tagna före stimulering för att positionera och beräkna hur flera ultraljudspulseringar kommer att konvergera på en plats i hjärnan (med hänsyn till strålens benspridning från skallen). Eftersom en liten givare som vid diagnostiskt ultraljud inte individuellt kan orsaka neuronal urladdning, kan med LIFUP neuronal avfyring fokuseras både djupt (2-12 cm under locket; som jämförelse kan traditionell TMS stimulera 1-3,4 cm2 djup (9, 10)) och fokalt (så liten som 0,5 mm i diameter och upp till 1 000 mm; anläggningen för en standard, kommersiellt tillgänglig 70 mm figur-av-8 TMS-spole är ungefär 50 mm2; (9, 10)). Intressant nog är pulsbredden för bärfrekvensen för LIFUP (0,5 ms) slående lik den som används i alla andra pulserade neuromodulationsterapier (DBS: 0,6 ms, ECT: 0,5 ms; TMS: 0,2 ms; VNS: 0,5 ms), vilket tyder på att att denna tidsram är mekanistiskt meningsfull. Detta är ett bra exempel på den vanliga bakgrundsvetenskapen om hjärnstimulering som överskrider de individuella metoderna.

Forskare har undersökt effekterna av LIFUP i prekliniska och kliniska miljöer, bekräftar dess förmåga att på ett säkert sätt stimulera neural vävnad (11-14), föreslår cellulära mekanismer för dess effektivitet (13-19), och använder nu LIFUP i mänskliga patienter (20). Monti et al. (2016) beskrev en fallstudie där de använde LIFUP för att stimulera en komatös patients talamus.(20). Två pre-LIFUP-bedömningar bedömde patienten som i minimalt medvetande (MCS). Efter sonikering återställde patienten motoriska och oromotoriska funktioner nästa dag, och utvecklade till full språkförståelse och kommunikation genom att nicka och skaka på huvudet. Fem dagar efter LIFUP försökte patienten gå. Även om denna studie varken var blind eller skenkontrollerad, var den första tillämpningen av terapeutisk LIFUP på en mänsklig patient uppmuntrande och vi förväntar oss fler terapeutiska tillämpningar av LIFUP och potentiella kliniska prövningar i framtiden. Om LIFUP fortsätter att visa klinisk potential, har det potential att ersätta rollen som DBS utan att behöva opereras. Nyckelbarriären för att LIFUP ersätter DBS för kliniska applikationer är att DBS i stort sett används på ett sätt där enheten sätts in och slås på konstant utan att i grunden försöka ändra kretsdynamik eller beteende så att du kan ta bort enheten. Uppenbarligen kan patienter inte bära en LIFUP-hjälm permanent. Men i den grad vi lär oss att stimulera på sätt som permanent ändrar kretsbeteende (LTD eller LTP) utan ablation, kan vi dock ersätta flera sessioner med LIFUP som kan träna och koppla om hjärnan istället för att permanent implantera hårdvara. LIFUP kan verkligen stimulera djupt och fokalt och icke-invasivt och kan därför vara ett viktigt nästa steg inom området för hjärnstimulering.

Information om insatsen som ska studeras. Vi kommer att använda Brainsonix Lågintensitetsfokuserad ultraljudspulseringsenhet. (BX Pulsar 1001). Se tillverkarens beskrivning (Teknisk sammanfattning) tillsammans med bilagor om den faktiska säkerheten för själva enheten.