{youtube}1TCXm0wCgiQ{/youtube}

Video ini menunjukkan gambar penyebaran depresi — menyebarkan depolarisasi — di otak tikus. Gambar di atas menunjukkan penyebaran depresi tanpa intervensi apa pun. Gambar di bawah menunjukkan penyebaran depresi dengan intervensi arus listrik. Ladang menyebar lebih dalam tetapi tidak terlalu jauh di permukaan otak, pada dasarnya memotong perkembangan depresi yang menyebar.

Para peneliti telah mengidentifikasi aktivitas listrik khusus untuk memulai migrain dan menunjukkan cara untuk menghentikannya dalam percobaan pada hewan.

"Kejang dan migrain adalah dua kondisi otak yang sangat berbeda," kata Steven J. Schiff, profesor teknik di departemen bedah saraf, ilmu teknik dan mekanik, dan fisika di Penn State.

“Kami menemukan bahwa penyebaran depolarisasi, juga disebut penyebaran depresi, terlihat pada migrain adalah fenomena biofisik mendasar dan Anda dapat menghentikannya dengan arus listrik. Anehnya, itu adalah arah berlawanan dari arus listrik yang digunakan untuk mematikan kejang, ”kata Schiff.

"Aktivitas listrik di otak menyebabkan aura seperti pemadaman bergiliran ..."

Para peneliti belum sembuh migrain, tetapi mereka lebih dekat untuk memahami mekanisme di otak yang menyebabkan awal, atau aura, sakit kepala ini, yang mempengaruhi sekitar 10 persen pria dan 22 persen wanita, menurut Pusat Penyakit Kontrol.

Melakukan percobaan termotivasi oleh model komputasi dari biofisik penyebaran depolarisasi, para peneliti berhasil menunjukkan modulasi, penekanan, dan pencegahan penyebaran depolarisasi pada irisan otak tikus.

"Aktivitas listrik di otak menyebabkan aura seperti pemadaman bergilir," kata Andrew J. Whalen, sarjana postdoctoral di Pusat Universitas Teknik Syaraf. "Ini bukan hanya sel tunggal, tetapi reaksi berantai yang bergerak melintasi otak menyebabkan pembengkakan, dan dibutuhkan orang beberapa saat untuk pulih."

Banyak penderita migrain pertama mengalami aura visual ini sebelum mulai sakit kepala. Schiff dan timnya menargetkan aktivitas listrik yang menyebabkan aura seperti itu fundamental dalam memulai migrain.

Di sebelah kiri, gambar optik menunjukkan gelombang penyebaran depolarisasi di otak; di tengah, gambar menunjukkan percepatan dan menggambar ke permukaan gelombang dengan arus negatif; dan di sebelah kanan, gambar menunjukkan kurungan gelombang dengan penangkapan propagasi, benar. (Kredit: Schiff Lab / Penn State)

Peneliti tahu bahwa mengubah konsentrasi garam di otak dapat mengubah proses listrik otak. Dengan mengubah konsentrasi potassium di otak, para peneliti bisa memicu penyebaran depolarisasi.

Sel-sel otak yang terlibat memiliki tubuh pusat yang disebut soma dan lengan panjang seperti antena yang disebut dendrit. Kedua ujung memungkinkan para peneliti untuk mempolarisasi sel-sel dengan arus listrik-muatan positif menumpuk di satu ujung dan muatan negatif terakumulasi di ujung yang lain. Ini memungkinkan mereka menggunakan arus listrik untuk mencoba memodulasi aktivitas sel otak.

"... Kita bisa membuatnya lebih buruk dengan satu arus dan kita bisa membuatnya lebih baik dengan arus yang berlawanan ..."

"Kami pikir jika kami menghentikan fase awal, auranya, kami akan menghentikan sisanya," kata Schiff. “Kami akhirnya menemukan bahwa tuduhan yang diperlukan untuk menghentikan depresi yang menyebar berlawanan dengan apa yang kita duga. Setelah kami memilih muatan yang berlawanan, perkembangan fenomena berhenti. Ini semua masuk akal pada akhirnya, karena kejang dan migrain dimulai pada ujung sel otak yang berlawanan. ”

Para peneliti mampu menggunakan muatan positif untuk menghentikan penyebaran polarisasi. Pencitraan potongan otak tikus menunjukkan aktivitas migrain bergerak lebih dalam ke otak di mana ia tidak bisa lagi menyebar, secara efektif mengakhiri episode.

"Kami datang dengan pemahaman biofisik dan itu berlaku untuk fisiologi dasar aura, dan kami dapat membuatnya lebih buruk dengan satu arus dan kami dapat membuatnya lebih baik dengan arus yang berlawanan," kata Schiff.

Menerapkan polarisasi seperti ini dapat dilakukan dengan aman di otak manusia, dan strategi ini dapat diuji dalam uji klinis dengan penderita migrain. Namun, migrain penuh dialami oleh pasien menjadi lebih rumit setelah aura awal.

"Seseorang ingin dapat memperbaiki otak sehingga tidak rentan terhadap migrain atau kejang," kata Bruce J. Gluckman, profesor ilmu teknik dan mekanik, bedah saraf, dan bioteknologi dan direktur asosiasi dari Pusat Teknik Syaraf. “Tidak harus mengontrol migrain atau menyebarkan depresi begitu dimulai. Untuk saat ini, ini adalah hasil fundamental yang menggerakkan kita lebih dekat untuk dapat campur tangan dalam cara yang penting untuk kondisi ini. ”

Penelitian ini muncul di Laporan Sains.

Peneliti dari Universitas Sains Elektronik dan Teknologi Cina; Penn State; dan Humboldt University of Berlin, Jerman juga berkontribusi pada pekerjaan tersebut.

Penelitian kolaboratif AS-Jerman dalam program Neuroscience Komputasi dari National Institutes of Health; Bundesministerium für Bildung und Forschung; dan National Institutes of Health BRAIN Initiative mendukung pekerjaan ini. Para peneliti telah mengajukan paten sementara pada pekerjaan ini.

Sumber: Penn State

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon