Cơ chế kích thích não sâu hoạt động như thế nào

Hãy tưởng tượng trong giây lát rằng bạn bị rối loạn vận động chẳng hạn như bệnh Parkinson . Cảm giác run nhẹ mà bạn nhận thấy lần đầu ở đầu ngón tay đã dần trở nên tồi tệ hơn. Giờ đây, những công việc đơn giản như nâng cốc nước hay thậm chí là buộc dây giày đã trở nên gần như bất khả thi. Thuốc theo toa của bạn đã hữu ích trong một thời gian, nhưng bây giờ các tác dụng phụ đang trở thành một vấn đề.

Một ngày nọ, bác sĩ gợi ý rằng bạn có thể là một ứng cử viên sáng giá cho một liệu pháp tương đối mới gọi là kích thích não sâu . Ông mô tả cách một điện cực nhỏ sẽ được cấy vào một vùng cụ thể trong não của bạn , nơi nó sẽ cung cấp các xung điện ngắn. Ông giải thích, những xung điện này sẽ làm thay đổi các mô hình hoạt động trong não của bạn, nguyên nhân gây ra các triệu chứng bệnh của bạn.

Bạn quyết định trải qua cuộc phẫu thuật cần thiết để cấy ghép thiết bị, và chỉ vài tuần sau, sự khác biệt đáng kinh ngạc. Bật kích thích điện ngay lập tức làm giảm run cơ và khôi phục khả năng kiểm soát của bạn đối với các chuyển động nhỏ. Mặc dù bệnh của bạn vẫn còn nhưng bây giờ bạn có thể kiểm soát các triệu chứng của nó hiệu quả hơn nhiều.

Viễn cảnh này là rất thực đối với hàng chục nghìn người trên toàn thế giới đã được cấy thiết bị kích thích não sâu (DBS). Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu chính xác cách thức hoạt động của DBS để đạt được hiệu quả điều trị. Chúng tôi cũng sẽ khám phá những điều kiện nào có thể được điều trị bằng DBS và xem xét các rủi ro và hạn chế của hình thức điều trị này.

Ở trang tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về nguồn gốc của kích thích não sâu và tìm hiểu làm thế nào mà công nghệ đằng sau DBS lại có thể phát triển nhanh chóng như vậy.

Chia sẻ công nghệ

Tiến bộ trong quá trình phát triển các thiết bị DBS cấy ghép tiến bộ nhanh chóng, nhờ vào một công nghệ tương tự hiện có: máy tạo nhịp tim. Trên thực tế, hai thiết bị này có thiết kế giống nhau đến mức thiết bị DBS thường được gọi là máy tạo nhịp tim.

1. Lịch sử kích thích não sâu
2. Các thành phần kích thích não sâu
3. Ảnh hưởng đến não bộ thông qua kích thích não sâu
4. Cấy thiết bị kích thích não sâu
5. Kết quả kích thích não sâu
6. Rủi ro và tác dụng phụ của việc kích thích não sâu

Vào đầu những năm 1950, các bác sĩ phát hiện ra rằng làm tổn thương hoặc phá hủy các khu vực cụ thể trong não có thể giúp điều trị một số chứng rối loạn vận động. Khi các vùng não liên quan đến rối loạn bị giảm bớt, các triệu chứng thường được cải thiện. Chẳng bao lâu, phẫu thuật giảm đau đã trở thành một phương pháp điều trị tiêu chuẩn để giảm các vấn đề trong kiểm soát vận động do các bệnh như bệnh Parkinson gây ra.

Thật không may, phẫu thuật cắt bỏ không phải là một giải pháp lý tưởng. Không phải lúc nào chúng cũng có hiệu quả trong việc giảm các triệu chứng tiêu cực, và đôi khi chúng dẫn đến các tác dụng phụ gây hại. Một trong những vấn đề chính của các cuộc phẫu thuật làm giảm hiệu quả là không thể hoàn tác các tác động của chúng; cấu trúc não bị tổn thương bị phá hủy vĩnh viễn. Kết quả là, các tác dụng phụ không mong muốn thường không thể đảo ngược.

Vào những năm 1970, một liệu pháp điều trị bằng thuốc mới cho các rối loạn vận động đã được giới thiệu. Điều trị bằng loại thuốc mới, được gọi là levodopa , có thể được sử dụng để kiểm soát một số loại triệu chứng giống như giảm bớt, nhưng không cần phẫu thuật não đầy rủi ro. Liệu pháp Levodopa nhanh chóng bắt đầu thay thế các phẫu thuật gây tổn thương, chủ yếu là do những ưu điểm mà nó mang lại cho bệnh nhân. Một trong những lợi ích là liều lượng có thể được điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu cá nhân.

Tuy nhiên, sau nhiều năm, liệu pháp levodopa dài hạn được phát hiện là có thể gây ra những vấn đề mới. Bộ não cuối cùng cũng bù đắp cho tác động của thuốc. Kết quả thường nghiêm trọng. Bệnh nhân đang phát triển các vấn đề kiểm soát chuyển động mới được coi là tồi tệ hơn các triệu chứng ban đầu.

Sau đó, vào cuối những năm 1980, một khám phá mới đã được thực hiện. Các chuyên gia phát hiện ra rằng những tác động tương tự do mô não bị tổn thương có thể đạt được bằng cách kích thích mô bằng các xung điện vô hại. Đây là một phát hiện thú vị, bởi vì tác động của kích thích điện hoàn toàn có thể đảo ngược được. Trên thực tế, khi tắt kích thích, bộ não sẽ tiếp tục hoạt động bình thường của nó. Tương tự như điều trị bằng thuốc, các bác sĩ có thể điều chỉnh kích thích điện để phù hợp với nhu cầu chính xác của từng bệnh nhân. Không giống như phương pháp điều trị bằng thuốc, kích thích điện có thể được xác định tại chỗ để chỉ những phần dự định của não bị ảnh hưởng.

Phương pháp điều trị bằng phương pháp kích thích não sâu (DBS) đã được sử dụng trên cơ sở thực nghiệm trong vài năm, và kết quả điều trị tích cực đã được quan sát thấy. Năm 2002, việc sử dụng DBS cho các bệnh như bệnh Parkinson đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) chấp thuận. DBS vẫn là phương pháp điều trị tiêu chuẩn cho một số rối loạn não tương tự như, và bao gồm cả bệnh Parkinson.

Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ cho bạn thấy thiết bị DBS cấy ghép trông như thế nào và tìm hiểu chức năng của từng bộ phận.

Bạn có biết không?

Năm 1817, một bác sĩ người Anh, Tiến sĩ James Parkinson, là người đầu tiên mô tả một căn bệnh có những đặc điểm sau:

• Run tay chân khi nghỉ ngơi (run tay chân nghỉ ngơi)
• Sự chậm chạp của chuyển động (bradykinesia)
• Căng cứng hoặc tăng khả năng chống chuyển động thụ động (cứng các chi hoặc thân mình)
• Cân bằng kém (không ổn định tư thế)

The disease was, as you may have guessed, named Parkinson's disease. For a patient to be diagnosed with Parkinson's disease, a minimum of two of the above symptoms must be present. If other uncharacteristic symptoms are present, an alternative diagnosis may be required [source: The National Parkinson Foundation].

An implantable deep brain stimulation (DBS) device is made up of three main parts: the electrode, the pulse generator and the extension. Here's what each part of the device is designed to do:

The electrode is a small tip-shaped device (imagine the plug for a pair of headphones) that is implanted deep into the region of the brain involved with the disease symptoms. The surface of the electrode has four metal pads used to transmit pulses of electricity. These pulses of electricity are small and only stimulate the brain tissue within close range of the electrode. This allows the electrical stimulation to specifically target only the brain region closest to where the electrode is implanted.

The pulse generator (also called the stimulator) is a small, box-shaped device that generates the electrical signals that are sent to the electrode. The pulse generator is usually implanted under the skin in a space near the patient's chest. It includes a battery with a lifespan that ranges anywhere from two to seven years. The electrical patterns are generated in quick on-off pulses delivered at very high frequencies -- usually over 100 times per second. Only at these high frequencies does the stimulation help reduce the unwanted symptoms.

The last component of an implanted DBS device is the extension, which is simply an insulated cable that carries the electrical signals from the pulse generator to the electrode implanted in the brain. Having any part of the DBS device go through the skin would create a risk of infection, so the surgeon typically tunnels a small path under the skin from the pulse generator to the electrode.

Patients are typically given a handheld device that uses a magnet to communicate through their skin to the pulse generator. This allows the patient to control the dosages of electrical stimulation he or she receives. A doctor sets the range of stimulation dosages within certain limits, but the patient actually does the fine-tuning of the device based on his or her own individual needs.

Now that you know what parts make up a DBS device, let's find out how it produces the desired effect.

Who Benefits from DBS?

According to The Cleveland Clinic, patients diagnosed with a movement disorder are not automatically eligible for deep brain stimulation surgery. So who is a candidate? Any patient who:

• Is not satisfied with his or her increasing loss of control of movement that arises from dystonia or other movement disorders
• Exhibits symptoms causing a decline in the quality of life
• Has had an adequate and reasonable trial of medications

Before we continue, we'll need to review a few facts about the brain. You may already know that the brain is divided into many specialized areas, each responsible for different tasks. There are separate regions of your brain that play a role in controlling muscle movements, memory and even emotions. These separate regions of the brain work together to accomplish larger goals. When injury or disease prevents any one brain region from performing its role, the larger goals might not be met.

A good example of this is the basal ganglia. The basal ganglia is a group of brain structures that work together to help control body motions. As movements are planned and coordinated in the brain, information in the form of electrical brain activity flows between the structures of the basal ganglia. Each structure plays a role in modifying and refining the information to help fine tune muscle movements. When any part of the basal ganglia is impaired, the normal flow of information is altered. Widespread movement control problems are often the result, as in the case of Parkinson's disease.

To find out where deep brain stimulation comes in, let's stick with the example of the basal ganglia.

As mentioned above, the normal electrical flow of brain activity throughout the basal ganglia is disrupted by the effects of Parkinson's disease. The purpose of an implanted DBS electrode is to counteract this abnormal brain activity, altering it in a way that decreases the disease symptoms.

Điện cực thực hiện điều này bằng cách nhắm mục tiêu một trong số các cấu trúc có thể có trong hạch nền. Đối với bệnh Parkinson, đây thường là nhân dưới đồi (STN) . Một điện cực kích thích não sâu được cấy vào STN sẽ phát ra các xung điện, điều chỉnh hành vi của nó. Bằng cách thay đổi hành vi của STN, điện cực cuối cùng sẽ thay đổi tất cả các hoạt động của não mà STN thường ảnh hưởng đến. Điều này làm cho điện cực DBS có ảnh hưởng rất lớn, vì STN là một trong số các cấu trúc trong hạch nền hoạt động cùng nhau.

Nghe có vẻ đơn giản, phải không? Chà, điều mà các chuyên gia vẫn chưa tìm ra chính xác là cách DBS ảnh hưởng đến cấu trúc não mà nó kích thích - mặc dù có một số khả năng có thể xảy ra. Ví dụ, các tín hiệu điện lặp lại nhanh chóng do điện cực DBS phát ra có thể ngăn chặn hoạt động bất thường của não. Trong trường hợp này, tác động của kích thích điện có thể được coi như một cánh cổng chặn một số đường truyền thông tin bị hỏng. Một khả năng khác là dạng xung điện thường xuyên từ điện cực DBS được cấy ghép sẽ hoạt động để ghi đè các luồng thông tin bất thường. Nói cách khác, kích thích điện của thiết bị DBS có tác dụng làm át đi các mô hình hoạt động bất thường của não bộ.

Câu chuyện hoàn chỉnh về cách DBS đạt được hiệu quả của nó có lẽ phức tạp hơn nhiều. Có khả năng cùng một kiểu kích thích não sâu ảnh hưởng đến các phần khác nhau của cùng một cấu trúc não theo những cách hoàn toàn trái ngược nhau. Mặc dù các cơ chế của DBS vẫn chưa hoạt động hoàn toàn, nhưng các bác sĩ có đủ kinh nghiệm sử dụng DBS để cảm thấy tin tưởng về độ an toàn và hiệu quả của nó.

Bây giờ bạn đã có ý tưởng về cách hoạt động của thiết bị DBS, hãy cùng xem cách nó được cấy vào não.

MRI Quiz

Máy MRI thường được sử dụng để điều tra não. Xem bạn biết bao nhiêu về chúng trong Câu hỏi MRI của chúng tôi .

Một trong những mục tiêu thách thức nhất đối với bác sĩ phẫu thuật khi cấy thiết bị kích thích não sâu là cấy điện cực một cách an toàn vào vị trí mục tiêu chính xác trong não. Bởi vì không phải bộ não của mọi người đều có hình dạng giống nhau, nhiệm vụ định vị và truy cập một cấu trúc não cụ thể mà không làm ảnh hưởng đến các cấu trúc xung quanh đòi hỏi phải sử dụng các công cụ và kỹ thuật đặc biệt.

Một công cụ tiêu chuẩn được sử dụng cho hầu hết các ca phẫu thuật não tinh vi là khung lập thể . Thiết bị này về cơ bản là một cấu trúc kim loại giữ cố định đầu của bệnh nhân và cung cấp cho các bác sĩ một điểm khởi đầu ổn định để thực hiện các phép đo của họ. Bác sĩ phẫu thuật cũng sẽ dựa vào các kỹ thuật hình ảnh tinh vi để giúp xác định chính xác vị trí của các cấu trúc cụ thể trong não. Ví dụ, bác sĩ phẫu thuật có thể dựa vào hình ảnh chụp cộng hưởng từ (MRI) hoặc chụp cắt lớp vi tính (CT scan), cả hai đều có thể được coi là chụp X-quang ba chiều .

Cách tốt nhất để bác sĩ phẫu thuật chắc chắn rằng điện cực ở đúng vị trí là bật thiết bị và quan sát tác động của nó đối với các triệu chứng của bệnh nhân. Vì lý do này, bệnh nhân thường được giữ tỉnh táo cho phần cấy ghép điện cực của cuộc phẫu thuật. Vì bản thân não không có thụ thể đau nên bệnh nhân sẽ không cảm thấy đau. Chỉ cần gây tê tại chỗ để làm tê vị trí tạo một lỗ nhỏ trên hộp sọ. Bệnh nhân cũng sẽ được yêu cầu ngừng sử dụng tất cả các loại thuốc trước khi phẫu thuật. Yêu cầu này là để có thể quan sát được tác động của kích thích điện lên các triệu chứng bệnh.

Sau khi điện cực được đặt chắc chắn, máy phát xung được cấy vào nơi khác trong cơ thể bệnh nhân, nơi có nhiều không gian hơn. Thông thường, đây là một vị trí trong ngực của bệnh nhân. Vì bệnh nhân không cần tỉnh táo nữa nên bệnh nhân được gây mê toàn thân cho phần này của cuộc phẫu thuật. Một bước khác liên quan đến phẫu thuật là luồn một dây dẫn dưới da từ máy phát xung đến điện cực trong não.

Vài ngày sau khi phẫu thuật, các bác sĩ bật thiết bị kích thích não sâu và lập trình nó phù hợp với nhu cầu cá nhân của bệnh nhân. Các khía cạnh khác nhau của kiểu kích thích điện, chẳng hạn như cường độ xung, hình dạng và tần số của nó, có thể được điều chỉnh khi cần thiết. Bệnh nhân cũng được yêu cầu đến vài tháng một lần để các bác sĩ điều chỉnh mô hình này nhằm đảm bảo thiết bị hoạt động tối ưu.

Lắng nghe bộ não của bạn

Đôi khi, bác sĩ phẫu thuật xác định cấu trúc não bằng một kỹ thuật bổ sung, được gọi là ghi vi điện cực . Trong kỹ thuật này, một điện cực trên đầu của một sợi dây rất nhỏ được đưa qua các vùng khác nhau của não, nơi nó có thể ghi lại các mẫu điện từ các cấu trúc não xung quanh. Các mẫu điện này có thể được chuyển đổi thành âm thanh, cho phép bác sĩ phẫu thuật lắng nghe hoạt động của não xung quanh điện cực. Các cấu trúc não khác nhau có các mô hình hoạt động điện độc đáo và một bác sĩ giải phẫu thần kinh có kinh nghiệm có thể phân biệt các cấu trúc này chỉ bằng cách lắng nghe những mô hình này.

DBS có lẽ được sử dụng nổi tiếng nhất trong điều trị bệnh Parkinson. Nam diễn viên nổi tiếng Michael J. Fox đã giúp đưa Parkinson đến với công chúng khi anh tiết lộ chẩn đoán của mình với căn bệnh này. Run cơ bản và loạn trương lực cơ là hai chứng rối loạn vận động khác cũng thường được điều trị bằng DBS. Chứng run cơ bản được đặc trưng bởi những cơn run khi vận động cơ và thực sự là chứng rối loạn vận động phổ biến nhất ở Hoa Kỳ. Thông thường chỉ cần dùng thuốc là đủ để điều trị chứng run cơ bản, nhưng đôi khi những trường hợp nghiêm trọng cần điều trị bằng DBS.

Dystonia là một rối loạn dẫn đến các cơn co thắt cơ không mong muốn. Đáng chú ý, phẫu thuật cấy ghép DBS được thực hiện khác với trường hợp loạn trương lực cơ. Vì bệnh nhân loạn trương lực cơ không thể ức chế các cử động đầu và cổ là một phần của các triệu chứng của họ, nên bệnh nhân phải được gây mê toàn thân trong quá trình phẫu thuật cấy điện cực. Như chúng ta sẽ tìm hiểu ở phần sau, tình huống này có thể khiến việc cấy ghép điện cực thích hợp trở nên khó khăn hơn đối với bác sĩ.

Bệnh Parkinson, run cơ và loạn trương lực cơ đều là những rối loạn vận động có chung các triệu chứng có thể điều trị được bằng cách kích thích DBS đến các hạch nền. DBS cũng có thể được sử dụng trên các vùng não bên ngoài hạch nền để điều trị các tình trạng khác do chức năng não bất thường gây ra. Việc sử dụng phổ biến nhất của DBS thực sự là để điều trị các cơn đau mãn tính.

DBS cũng đã cho thấy những kết quả đầy hứa hẹn trong việc điều trị thử nghiệm các bệnh lý khác bao gồm hội chứng Tourette , bệnh đa xơ cứng (MS), trầm cảm, động kinh và rối loạn ám ảnh cưỡng chế (OCD). Một loạt các ứng dụng khác có thể có trong tương lai cho liệu pháp kích thích não sâu cũng tồn tại. Việc điều trị một số loại đau đầu, trầm cảm và thậm chí béo phì chỉ là một vài trong số các ứng dụng khả thi của DBS hiện đang được khám phá.

Chúng tôi đã biết thiết bị DBS trông như thế nào và nó có thể điều trị những tình trạng nào, nhưng một số rủi ro và tác dụng phụ là gì?

Nghiên cứu và kết quả

In 1998 Celebrity Michael J. Fox publicly announced that he had been diagnosed with Parkinson's disease in 1991. Since this time, he has gone on to found the Michael J. Fox Foundation for Parkinson's Research. At the time this article was published, the foundation has raised over 120 million dollars towards the development of treatments for Parkinson's disease.

The surgery required to implant a DBS device is an expensive and potentially risky procedure that doctors will recommend only for certain patients. First of all, the patient must be in healthy physical condition and able withstand the stresses caused by a major surgery.

It's also important to ensure that DBS therapy will have a good chance of producing effective results. One indication that DBS will be an effective treatment is if the patient's symptoms are responding to drug therapy. Drug therapies act on some of the same brain pathways as DBS, so if the drugs are having a good effect, deep brain stimulation might be beneficial as well.

So at what stage should deep brain stimulation be considered? Most specialists agree that DBS implantation should occur after drug therapies begin to produce their negative side effects but before the patient begins to experience a major decrease in quality of life. Quality of life is sometimes measured by the patient's ability to perform activities of daily living.

The patient must also have realistic expectations regarding the outcomes of DBS therapy. It must be clear to the patient that DBS is not a cure for his or her condition, but rather a treatment that might alleviate the condition's symptoms. Of course, the patient should also be fully aware of the risks and possible side effects involved with DBS implantation.

Although DBS is generally recognized as a very safe treatment, any major surgery -- especially brain surgery -- carries certain risks. One of the major risks is hemorrhaging, or excessive bleeding caused by damage to blood vessels. Brain tissue is very delicate, and navigating through the brain to implant a device can be challenging. The probability of major damage due to hemorrhaging is low, but if hemorrhaging occurs, the resulting complications can be severe and permanent.

Nhiễm trùng là một rủi ro khác liên quan đến phẫu thuật cấy ghép DBS. Các vấn đề do nhiễm trùng thường nhẹ và có thể điều trị được, nhưng đôi khi nhiễm trùng có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng. Thêm một rủi ro đáng nói nữa là rơi vỡ thiết bị. Đứt dây nối dài hoặc chuyển động của điện cực kích thích là hai trong số những nguyên nhân chính gây ra hỏng hóc thiết bị.

Các tác dụng phụ do kích thích điện từ điện cực DBS khác nhau ở mỗi bệnh nhân và thường bao gồm các vấn đề nhỏ về kiểm soát cảm giác hoặc vận động. Các tác dụng phụ tâm lý có thể bao gồm thay đổi tâm trạng hoặc cảm giác trầm cảm. May mắn thay, tất cả các tác dụng phụ này thường là tạm thời hoặc có thể được đảo ngược bằng cách tắt kích thích. Trong hầu hết các trường hợp, bác sĩ có thể điều chỉnh các kiểu kích thích điện của thiết bị để giảm thiểu tác dụng phụ.

Nếu bạn thấy bài viết này thú vị và muốn biết thêm về kích thích não sâu, hãy theo các liên kết ở trang tiếp theo. Họ có thể cung cấp cho bạn nhiều thông tin tuyệt vời.

Rủi ro kinh doanh...?

Bất kỳ hình thức phẫu thuật não nào cũng có rủi ro, và kích thích não sâu cũng không ngoại lệ. Ngoài những rủi ro và tác dụng phụ được liệt kê ở trên, cũng có những rủi ro liên quan đến chính quy trình cấy ghép. Một số mối quan tâm về sức khỏe và tác dụng phụ của kích thích não sâu được liệt kê ở đây:

Trong nỗ lực điều trị bệnh Parkinson, một số bệnh nhân đã được phẫu thuật kích thích não sâu nhưng lại gặp phải các tác dụng phụ không mong muốn khác. Những ảnh hưởng này có mức độ nghiêm trọng từ các cơn hoảng loạn , khó nói và các vấn đề về cử động, dẫn đến tự sát [nguồn: MayoClinic.com ].

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn

Nguồn