تحریک مغناطیسی مغز (TMS): دقیقا چه چیزی تحریک می‌شود؟

در اینجا به بررسی مقاله چاپ شده در مجله Clinical Neurophysiology با عنوان تحریک مغناطیسی مغز (TMS): دقیقا چه چیزی تحریک می‌شود می پردازیم.

تحریک مغناطیسی مغز (TMS): دقیقا چه چیزی تحریک می‌شود؟ با هم بشنویم:

نویسندگان: هارتویگ زیبنر، کلاوس فانکه، آمان آبررا و دیگران.

تحریک مغناطیسی ترانس کرانیال (TMS) یک تکنیک غیرتهاجمی است که از زمان معرفی آن در سال ۱۹۸۵ تحولی در زمینه تحقیق روی مغز انسان ایجاد کرده است. این تکنیک با استفاده از القای الکترومغناطیسی، یک میدان الکتریکی متغیر در زمان را در مغز ایجاد می‌کند و ممکن است منجر به ایجاد پتانسیل‌های عمل در نورون‌های قشری شود. این مقاله جامع توافقی به بررسی درک کنونی از TMS پرداخته و نحوه تعامل آن با مغز را توضیح داده و هم به دانش موجود و هم به زمینه‌هایی که نیاز به تحقیقات بیشتری دارند، تأکید می‌کند.

نکات مهم

• تحریک سطحی قشر مغز: تحریک مغناطیسی فراجمجمه‌ای (TMS) عمدتاً نواحی سطحی قشر مغز را هدف قرار می‌دهد، زیرا عمق نفوذ این روش محدود است و میدان‌های الکتریکی تنها در نواحی نزدیک به سطح مغز تولید می‌شوند.
• پاسخ نورونی پیچیده: پاسخ نورون‌ها به TMS ترکیبی از نورون‌های تحریکی و مهاری است که به شکل‌های متفاوتی به میدان الکتریکی پاسخ می‌دهند. نورون‌های تحریکی پتانسیل‌های عمل را تسهیل می‌کنند و نورون‌های مهاری فعالیت دیگر نورون‌ها را کاهش می‌دهند.
• اهداف با آستانه پایین: انتهاهای آکسون‌های میلین‌دار سلول‌های هرمی و نورون‌های مهاری در تاج چین‌های قشری، اهداف با آستانه پایین برای TMS محسوب می‌شوند و بیشتر مستعد تحریک توسط TMS هستند.
• گسترش تحریک: تحریک نورونی از محل اولیه به نواحی متصل مغز گسترش می‌یابد و می‌تواند به صورت ارتودومیک یا آنتی‌دومیک باشد و تأثیر قابل توجهی بر فعالیت شبکه‌های دیگر داشته باشد.
• تحریک جانبی: TMS همواره تحریک قابل توجهی در سیستم‌های حسی محیطی و شنوایی ایجاد می‌کند که ممکن است تجربه حس‌های ناخوشایند مانند صدای بلند یا تحریکات حسی ایجاد کند.

چکیده

تحریک مغناطیسی فراجمجمه‌ای (TMS) یک روش غیرتهاجمی برای القای فعالیت عصبی در مغز است. یک پالس TMS باعث ایجاد میدان الکتریکی در مغز می‌شود که می‌تواند پتانسیل‌های عمل را در نورون‌های قشری ایجاد کند. شدت و جهت این میدان الکتریکی تحت تأثیر رسانایی بافت‌های مغزی است و بیشترین قدرت آن در بخش‌های سطحی چین‌های قشری مشاهده می‌شود.

تحریک TMS می‌تواند آکسون‌های نورون‌های تحریکی و مهاری را هدف قرار دهد. پاسخ نورون‌ها به TMS به ویژگی‌های فیزیکی مانند شکل و میلین‌دار بودن آکسون، موقعیت مکانی نسبت به میدان الکتریکی و وضعیت فیزیولوژیکی نورون بستگی دارد.

مدل‌سازی‌ها نشان می‌دهد که اهداف اصلی TMS معمولاً انتهای آکسون‌ها در تاج چین‌های قشری و نواحی خمیده ماده سفید زیرین هستند. تحریک عصبی ایجاد شده از طریق آکسون‌ها گسترش می‌یابد و باعث تحریک ثانویه نورون‌های مرتبط در مدارهای محلی داخل قشر مغز می‌شود. TMS همچنین تحریک همزمان قابل توجهی در سیستم عصبی محیطی ایجاد می‌کند که از طریق شبکه‌های شنوایی و حسی-پیکری به مغز منتقل می‌شود و پاسخ‌های مغزی در دیگر شبکه‌ها ایجاد می‌کند.

تحریک مغناطیسی فراجمجمه‌ای (TMS) ابزاری غیرتهاجمی برای تحریک فعالیت‌های عصبی در مغز است که از میدان مغناطیسی برای تولید جریان‌های الکتریکی موقت در نواحی خاص مغز استفاده می‌کند. این روش به‌خصوص در مطالعات مربوط به نوروفیزیولوژی و همچنین درمان‌های مختلف، از جمله افسردگی مقاوم به درمان، کاربرد دارد.

1. ناحیه مورد هدف و ساختار آناتومیکی:
   • نواحی سطحی قشر مغز، به‌ویژه گایرها و شیارهای نواحی مغزی، به دلیل عمق کم و نزدیکی به سطح جمجمه بیشتر تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند. به همین دلیل TMS معمولاً نواحی سطحی قشر مغز مانند گایرهای پیشانی و آهیانه‌ای را تحریک می‌کند.
2. آکسون‌های میلین‌دار و شبکه‌های نورونی:
   • مهم‌ترین ساختارهایی که TMS تحریک می‌کند، آکسون‌های نورون‌ها، به‌ویژه آکسون‌های میلین‌دار هستند. مدل‌های بیوفیزیکی نشان می‌دهند که پایانه‌های آکسونی و خمیدگی‌های موجود در آن‌ها مناطق اصلی تحریک به وسیله‌ی TMS هستند.
3. تحریک نورون‌های تحریکی و مهاری:
   • TMS قابلیت تحریک هر دو نوع نورون‌های تحریکی و مهاری را دارد. نورون‌های مهاری که انتقال‌دهنده عصبی آن‌ها اسید گاما آمینوبوتیریک (GABA) است، تحت تأثیر TMS قرار می‌گیرند و باعث کاهش تحریک‌پذیری مناطق هدف می‌شوند. این امر به‌ویژه در مطالعات مربوط به مکانیزم‌های بازدارنده مغزی و مهار قشری (Inhibitory circuits) مشاهده می‌شود.
4. گسترش تحریک به شبکه‌های متصل:
   • علاوه بر نواحی مستقیم مورد هدف، تحریک ناشی از TMS از طریق شبکه‌های عصبی مغز به سایر نواحی نیز گسترش می‌یابد. به‌عنوان مثال، تحریک قشر حرکتی اولیه (M1) می‌تواند به شبکه‌های حرکتی و حتی مناطق مرتبط با حس و حرکت در نیم‌کره‌های مغزی دیگر گسترش پیدا کند.
5. تأثیر جهت و شدت میدان مغناطیسی:
   • جهت میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم‌پیچ TMS نیز در تعیین نوع تحریک مهم است. جهت جریان القایی می‌تواند بر چگونگی و نوع نورون‌هایی که تحریک می‌شوند، اثر بگذارد. به عنوان مثال، تغییر جهت جریان القا شده می‌تواند به تغییر در نواحی تحریک شده و نوع تحریک منجر شود.

ویژگی‌های بیوفیزیکی TMS

یکی از ویژگی‌های بیوفیزیکی مهم TMS، نفوذ محدود آن به عمق مغز است که باعث هدف‌گیری ترجیحی بخش‌های سطحی قشر مغز می‌شود. این نفوذ محدود به عمق، چالش‌هایی برای تحریک مؤثر ساختارهای عمیق مغز ایجاد می‌کند. افزایش شدت تحریک یا استفاده از کویل‌های بزرگتر با تنظیمات بهینه می‌تواند نفوذ عمقی را افزایش دهد، اما این کار همچنین میدان الکتریکی را در ساختارهای قشری سطحی افزایش داده و تمرکز تحریک را کاهش می‌دهد.

مکانیسم عمل: تحریک آکسون‌های میلینه

TMS عمدتاً با دپلاریزه کردن آکسون‌های میلینه‌شده، نورون‌های مغزی را تحریک می‌کند. توضیح غالب بیوفیزیکی این است که TMS بیشتر باعث تحریک آکسون‌های میلینه‌شده در نقاط انتهایی آنها در قشر مغز می‌شود. این تحریک به جهت‌گیری عنصر آکسونی با میدان الکتریکی القا شده و شدت این میدان بستگی دارد. این ترجیح برای تحریک آکسونی توسط اندازه‌گیری‌های منحنی قدرت-مدت پشتیبانی می‌شود که ثابت‌های زمانی غشا را با ویژگی‌های آکسون‌های میلینه شده مطابقت می‌دهند.

تحریک مستقیم و غیرمستقیم نورون‌های کورتیکواسپاینال

TMS اعمال شده به ناحیه قشر حرکتی دست باعث ایجاد چندین موج نزولی در راه کورتیکواسپاینال می‌شود که نشان‌دهنده تحریک مستقیم و غیرمستقیم نورون‌های کورتیکواسپاینال است. تحریک مستقیم شامل تحریک آکسون‌های نورون‌های کورتیکواسپاینال و ایجاد امواج D است. تحریک غیرمستقیم از طریق تحریک ترانس‌سیناپسی به وجود می‌آید که به تولید امواج I منجر می‌شود.

نقش پایانه‌های آکسونی و ملاحظات آناتومیکی

مدل‌های بیوفیزیکی بر اهمیت پایانه‌های آکسونی به عنوان نقاط اصلی تحریک توسط TMS تأکید می‌کنند. این مدل‌ها نشان می‌دهند که جریان القاشده توسط TMS به طور مؤثر پایانه‌های آکسونی را دپلاریزه می‌کند زمانی که جریان به موازات شاخه آکسون دیستال و به سمت پایانه جریان می‌یابد. وجود میلینه شدن آکسون‌ها نیز آستانه تحریک این پایانه‌ها را با کاهش ظرفیت غشا کاهش می‌دهد.

رویکردهای تحقیقاتی متنوع

مطالعات فارماکولوژیکی بینش‌هایی را درباره نقش سیستم‌های انتقال‌دهنده عصبی در اثرات القاشده توسط TMS فراهم می‌کنند. تحقیقات نشان می‌دهند که TMS تک‌پالس به طور غیرمستقیم از طریق یک مسیر ترانس‌سیناپسی نورون‌های کورتیکواسپاینال را فعال می‌کند. فعالیت سیستم‌های نورو‌مدولاتور بر این مسیر تأثیر می‌گذارد. همچنین ترکیب TMS با الکتروانسفالوگرافی (EEG) نشان داده است که آگونیست‌های گیرنده GABAA پتانسیل‌های اولیه EEG القاشده توسط TMS را افزایش داده و پتانسیل‌های بعدی را سرکوب می‌کنند، که نشان‌دهنده تحریک نورون‌های اینترنورون گابا-ارژیک توسط TMS است.

حساسیت به جهت و اثرات تحریک/مهار در M1

مطالعات TMS که ناحیه M1-HAND را هدف قرار داده‌اند، حساسیت جهت‌گیری جمعیت‌های نورونی در ناحیه پیش‌مرکزی را نشان داده‌اند. تأخیر و دامنه پتانسیل‌های فراخوانده عضلانی (MEP) تحت تأثیر جهت جریان القاشده در قشر مغز قرار می‌گیرد. تحریکاتی که جریان P-A (از عقب به جلو) تولید می‌کنند، در ناحیه M1-HAND با کمترین آستانه تحریک برای ایجاد MEP همراه هستند.

چالش‌ها و جهت‌گیری‌های آینده

در حالی که TMS به میزان زیادی به درک ما از مغز انسان کمک کرده است، درک کامل عناصر عصبی دقیقاً فعال‌شده توسط TMS هنوز به دست نیامده است. پیشرفت در مدل‌های بیوفیزیکی واقعی و بررسی اثرات TMS در سطح نورون‌های منفرد و مدارها برای پیشبرد TMS به عنوان یک ابزار علمی و درمانی حیاتی است.

جمع‌بندی

TMS با تمرکز بر تحریک آکسون‌های میلین‌دار در بخش‌های سطحی مغز، به ویژه در خمیدگی‌های آکسونی، باعث تحریک نورون‌های مهاری و تحریکی می‌شود. این تحریکات می‌توانند به شبکه‌های عصبی مغزی گسترش یافته و اثرات آن به نواحی دیگر نیز منتقل شوند. درک دقیق این مکانیزم‌ها می‌تواند به کاربردهای درمانی بهتر و موثرتر این روش در بیماری‌های مختلف کمک کند.

روش‌های ترکیبی و تحقیقات جدید

روش‌های جدید مانند استفاده از TMS همراه با تصویربرداری‌های عصبی عملکردی مانند fMRI و EEG، به محققان این امکان را می‌دهند که تغییرات زمانی و مکانی ایجاد شده در مغز را دقیق‌تر بررسی کنند. استفاده از مدل‌های چندمقیاسی برای شبیه‌سازی میدان‌های الکتریکی و پاسخ‌های نورونی نیز به بررسی دقیق‌تر مناطق تحریک‌شده و مکانیسم‌های پیچیده کمک می‌کند.

پلاستیسیته عصبی و وابستگی به وضعیت

یکی از زمینه‌های مهم تحقیقات فعلی، بررسی اثرات طولانی‌مدت TMS بر پلاستیسیته عصبی است. تحریک TMS می‌تواند باعث تقویت یا تضعیف ارتباطات سیناپسی شود که نقش مهمی در فرآیندهای یادگیری و حافظه دارد. پاسخ‌های مغزی به TMS بسته به سطح هوشیاری، توجه و وضعیت هیجانی فرد متفاوت است که نشان می‌دهد شرایط فردی باید در نظر گرفته شود.

از زمان معرفی TMS در سال 1985، این روش تحول بزرگی در تحقیقات مغزی ایجاد کرده و منجر به کاربردهای متنوع نوروفیزیولوژیکی و درمانی شده است. برخلاف تحریک الکتریکی فراجمجمه‌ای (TES)، TMS با استفاده از تحریک الکترومغناطیسی القایی عمل می‌کند و باعث القای میدان الکتریکی در بافت هدف می‌شود. اگر میدان الکتریکی القا شده قوی باشد، پتانسیل عمل ایجاد می‌شود و حتی دپولاریزاسیون زیر آستانه‌ای نیز می‌تواند تأثیرات نورونی داشته باشد.

تحقیقات اخیر با استفاده از مدل‌های چندمقیاسی نشان داده‌اند که پتانسیل ایجاد شده توسط TMS به شدت وابسته به ویژگی‌های هندسی نورون‌ها، مانند انحنای آکسون‌ها و محل انشعابات است. این یافته‌ها نشان می‌دهند که تحریک TMS می‌تواند بسته به جهت و شدت میدان الکتریکی، نقاط مختلفی از نورون را هدف قرار دهد.

نتیجه‌گیری

TMS به عنوان یک ابزار علمی و درمانی نیازمند بررسی‌های بیشتری برای تعیین دقیق مکانیسم‌های آن است. توسعه مدل‌های پیچیده‌تر و بهبود تکنولوژی‌های تحریک می‌تواند به استفاده بهتر از این روش در زمینه‌های بالینی و تحقیقاتی منجر شود. درک بهتر از نحوه تأثیر TMS بر شبکه‌های عصبی و تغییرات پلاستیکی می‌تواند راه را برای کاربردهای جدید و بهبود یافته آن باز کند.