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このビデオは、ラットの脳におけるうつ病広がりの脱分極の拡大像を示しています。 上の画像は、介入なしに広がるうつ病を示しています。 下の画像は、電流の介入によるうつの広がりを示しています。 このフィールドは脳の表面には深くは広がっていませんが、本質的に広がるうつ病の進行を止めます。

研究者は、片頭痛の開始に特有の電気的活動を特定し、動物実験でそれを止める方法を実証した。

「発作と片頭痛は脳の2つの非常に異なる状態です」と、脳神経外科、工学、機械工学部門の工学教授、ペンステートの物理学教授であるSteven J. Schiffは言います。

「片頭痛で見られる広汎性の脱分極（うつ病の広がり）は、基本的な生物物理学的現象であり、電流でそれを止めることができます。 不思議なことに、それは発作を止めるのに使用される電流の逆方向です。

「オーラを引き起こす脳内の電気的活動は、停電のようなものです...」

研究者らは片頭痛を治していないが、頭痛の原因となる脳のメカニズムを理解することに近づいている。これらの頭痛は、男性の10パーセントと女性の22パーセントに影響を及ぼすとCenter for Diseaseコントロール。

研究者らは、脱分極の広がりの生物物理学の計算モデルによって動機付けられた実験を実施し、ラットの脳スライスにおける拡散脱分極の調節、抑制および予防を成功裏に実証した。

「オーラを引き起こす脳内の電気的活動は、日常的な停電のようなものです」と、大学の神経工学センターの博士研究員であるAndrew J. Whalenは述べています。 「単なる細胞ではなく、脳全体を動かして腫脹を引き起こす連鎖反応であり、回復するまでにはしばらく時間がかかります」

多くの片頭痛患者は、頭痛が始まる前にこの視覚的な表情を最初に経験する。 シフと彼のチームは、偏頭痛の原因となる電気活動を標的にした。

左に、光学像は脳内に広がる脱分極の波を示す。 真ん中には、負の電流で波の表面へのスピードアップと描画が示されます。 右側の画像は、伝播を阻止した波の閉じ込めを示しています。 （クレジット：Schiff Lab / Penn State）

脳の塩分濃度を変化させると、脳の電気過程が変化する可能性があることを研究者は知っています。 脳内のカリウム濃度を変えることで、研究者は脱分極の広がりを引き起こす可能性がある。

関与する脳細胞には、体細胞と呼ばれる中心体と、樹状突起と呼ばれる長いアンテナ様の腕があります。 2つの端で、研究者は、電流を用いて細胞を分極させることができ、一方の端に正の電荷が蓄積し、他方の端に負の電荷が蓄積する。 これにより、脳細胞の活動を調節するために電流を使用することができます。

"...我々は1つの電流でそれを悪化させることができ、反対の電流でそれをより良くすることができる..."

「最初の段階であるオーラを止めれば、残りの部分を止めることができたと思った」とSchiff氏は言う。 「うつ病の広がりを止めるのに必要な費用は、私たちが想定していたものとは正反対であることがわかった。 いったん反対の電荷を選択すると、現象の進行は止まった。 発作と片頭痛は脳細胞の反対側から始まるため、これはすべて最終的に意味がありました。

研究者は、分極の広がりを止めるために正の電荷を使用することができました。 ラットの脳スライスのイメージングは​​、片頭痛の活動がより深く脳内に移動し、それがもはや伝播することができず、事実上エピソードを終了させることを示している。

「我々は生物物理学的理解を思いつき、それはオーラの基本的な生理に適用され、それを1つの電流で悪化させ、逆の電流でそれをより良くすることができる」とSchiff博士は言う。

このような分極の適用は、人間の脳内で安全に行うことができ、この戦略は、片頭痛患者の臨床試験において試験することができる。 しかし、患者が経験する完全な偏頭痛は、最初のオーラの後により複雑になる。

「片頭痛や発作の影響を受けないように脳を固定することができるようにしたいと考えています」と神経工学、脳神経外科、生物工学の教授で神経工学センターの副所長であるBruce J. Gluckman教授は言います。 "片頭痛をコントロールしたり、うつ病が広がり始めたら、それを広げる必要はありません。 今のところ、これは私たちをこの状態に重要な形で介入できるように近づける基本的な結果です」

研究は 科学レポート.

中国の電子科学技術大学の研究者。 ペン州; ドイツのベルリンのフンボルト大学もこの活動に貢献しました。

国立衛生研究所の米国・ドイツ共同研究のComputational Neuroscienceプログラム BundesministeriumfürBildung und Forschung; 国立衛生研究所ブレインイニシアティブがこの作業を支援しました。 研究者らは、この研究に関する仮特許を提出している。

情報源： ペンシルベニア州立大学

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