Миналото лято опустошителни горски пожари бушуваха в мразовитите райони на Сибир, Аляска и Канада. Те бяха причинени отчасти от повишаването на глобалните температури, което ускори способността на бактериите в почвата да метаболизират растителни и животински вещества. Тези екологични явления демонстрираха един основен принцип на физиката - температурата е един от основните компоненти на химичната реакция и дори привидно малки промени могат да доведат до катастрофални последици. Загрейте сибирско торфено блато по-бързо, отколкото то може да освободи въглерод в атмосферата, и ще се стигне до горски пожар - дори при отрицателни температури.
Изследователите вече знаят, че физиката, която стои зад това екологично явление, се отнася и за мозъчната дейност. В статия, публикувана в Journal of Neural Engineering, изследователите установяват, че малки увеличения на температурата при стимулиране на мозъка могат да променят дълбоко мозъчната дейност, понякога с отрицателни последици.
Д-р Стивън Шиф, заместник-председател на катедрата по глобално здраве в неврохирургията в Йейлското училище по медицина, специализира в пресечната точка между инженерството и неврохирургията, което му дава възможност да прилага принципите на физиката към биологичните процеси в мозъка.
Тъй като активността в проводниците произвежда топлина, всички електрически и магнитни стимулации на мозъка отлагат топлинна енергия в мозъка. Шиф и неговите съавтори изказват теорията, че устройствата за електрическо стимулиране на мозъка, като например дълбоката мозъчна стимулация, използвана при пациенти с епилепсия и болест на Паркинсон, трябва да водят до температурни промени в мозъка.
Температурните промени в мозъка също влияят върху работата на невроните. В мембраните на нервните клетки са разположени молекулярни помпи, които зареждат клетките с енергия, която се освобождава по време на мозъчната дейност. Изследователите са успели да докажат, че ако клетките се нагряват по-бързо, отколкото зарядите могат да се приспособят, тогава те могат или да произвеждат повече невронна активност (или по-малко от обичайното). Дори малки промени в температурата, дължащи се на електрическа стимулация на мозъка с по-малко от 1°C, могат да доведат до съществени промени в невронната активност. Когато невроните се затоплят, те могат да замлъкнат. Ако ги оставите да се охладят до нормалната си температура, те могат да станат много възбудими.
"Сега, на фона на тези драматични ефекти върху мозъчната активност, предизвикани от малки промени в температурата, ние ще трябва да вземем предвид и подобни малки температурни промени", казва Шиф, водещ автор на изследването. "[Физикът Джеймс] Джаул отдавна ни научи, че този проблем не може да бъде заобиколен. Ако пропуснете електрически ток през малки проводими проводници, за да генерирате електрически или магнитни полета за стимулиране на мозъка, генерирате топлина както в проводниците, така и в проводимия мозък."
Тази променяща парадигмата статия е представена през декември 2022 г. на срещата на Американското дружество по епилепсия във Вашингтон, където е приета с голям интерес.
Как тези температурни промени се отразяват на пациента и как биха могли да се използват за подобряване на резултатите, предстои да разберем. В клинични условия хирурзите са наблюдавали преди това, че често срещан страничен ефект при имплантирането на стимулатори на нервната система е, че активността на стимулирания мозък често намалява при електрическа или магнитна стимулация. В статията се посочва силно правдоподобна причина за това явление. Ако е вярно, казва д-р Шиф, това откритие може да помогне на лекарите да калибрират по-точно използването на тези устройства.
Източник: Medical Xpress
