Stymulacja nerwów prądem może częściowo zastąpić utracone czucie, ale z czasem mózg się do niej przyzwyczaja i wrażenie słabnie. Zespół z Penn State, korzystając z obrazowania w podczerwieni, znalazł ustawienia, przy których czucie pozostawało stabilne przez 45 minut. Przy okazji zobaczył, jak w tym czasie zmienia się praca mózgu.

Dlaczego sztuczny dotyk przestaje działać

Utrata czucia w dłoniach utrudnia zwykłe czynności, takie jak gotowanie, prowadzenie samochodu czy pisanie wiadomości. Pomóc mogą metody, które za pomocą impulsów elektrycznych zastępują lub przywracają część funkcji nerwów. Mają jednak wadę: z upływem czasu tracą skuteczność, bo mózg dostosowuje się do sztucznego bodźca. Zjawisko to nazywa się habituacją, czyli przyzwyczajeniem.

Jak wyjaśnia prof. Xiaogang Hu, kierujący badaniami, dotyczy to każdej powtarzalnej stymulacji: przez nerwy, przez skórę, a nawet przez elektrody wszczepione bezpośrednio w mózg. Jego laboratorium od około dekady pracuje nad systemami, które przekazują wrażenia dotykowe między mózgiem a protezą. Badacz podaje przykład osoby trzymającej protezą kubek z wodą. Gdy czucie zanika, łatwo kubek zgnieść zbyt mocnym uściskiem albo go upuścić.

Podczerwień zamiast skanera

W badaniu wzięło udział 10 zdrowych osób. Ich aktywność mózgu śledzono metodą fNIRS, czyli funkcjonalną spektroskopią w bliskiej podczerwieni. Uczestnicy nosili czepek podobny do pływackiego. W jego powierzchni umieszczono źródła światła podczerwonego i czujniki, które wychwytują światło odbite od mózgu. Na tej podstawie można ocenić ilość tlenu we krwi, a ta służy jako pośrednia miara aktywności mózgu.

Metoda przypomina rezonans funkcjonalny (fMRI), ale nie wymaga leżenia w skanerze. Dzięki temu można obserwować mózg także podczas ruchu i bodźców czuciowych. Czepek ustawiono nad korą somatosensoryczną, czyli obszarem, w którym przetwarzany jest dotyk. Elektrody na rękach uczestników wysyłały łagodne impulsy, po których następowała dłuższa przerwa. Zespół sprawdził różne kombinacje czasu stymulacji i odpoczynku, a najlepszą z nich przetestował w 45-minutowej próbie.

Pięć sekund impulsu, czterdzieści przerwy

Najlepiej sprawdził się układ: 5 sekund stymulacji i 40 sekund odpoczynku. Nerwy były wtedy skutecznie pobudzane, a odczuwana intensywność nie malała. Ustawienia pozostały optymalne także wtedy, gdy powtórzono je około 60 razy w ciągu 45 minut.

Pierwsza autorka pracy, Susan Coltman z University of Guelph, opisuje to doświadczenie jako mrowienie lub delikatny masaż. Zwraca uwagę, że prąd jest na tyle słaby, że podobne urządzenia stosuje się w gabinetach fizjoterapii.

Najciekawszy wniosek dotyczy samego mózgu. Uczestnicy nie zauważali żadnej zmiany w odczuciach, ale obraz z czepka pokazywał co innego. Jak mówi Coltman:

• „Uczestnicy mówią, że wrażenie jest takie samo, ale aktywne obszary w ich mózgu zmieniają się w czasie.”

Sygnał zaczynał się w korze somatosensorycznej, a z czasem obejmował kolejne, bardziej rozproszone rejony mózgu. Sugeruje to, że habituacja nie jest ograniczona do jednego miejsca.

Co to oznacza w praktyce

To na razie badanie podstawowe, przeprowadzone na zdrowych osobach, a nie na pacjentach po udarze czy amputacji. Wyniki nie są więc gotową metodą leczenia. Autorzy chcą w kolejnych etapach sprawdzić, jak optymalne ustawienia zmieniają się u osób z różnymi uszkodzeniami mózgu. Mają nadzieję, że praca utoruje drogę do większego badania klinicznego nad rehabilitacją.

Dla polskiego czytelnika ma to znaczenie głównie jako kierunek rozwoju. Elektrostymulacja jest znana z gabinetów fizjoterapeutycznych, a protezy z czuciem dotyku to coraz żywszy obszar badań. Źródło nie podaje jednak, kiedy takie rozwiązania mogłyby trafić do pacjentów, ani czy dotyczy to rynku UE. Nie ma też podstaw, by samodzielnie zmieniać ustawienia urządzeń do stymulacji na podstawie tej pracy. Dobór parametrów powinien pozostać w rękach specjalistów.

Źródło: Medical Xpress – „Infrared beams could illuminate a path toward stronger brain–body connections”