Вижте как епилептичен пристъп се разпространява през мозъка в удивително видео – първо по рода си

Да заснемеш пристъп в момента, в който той се развива в мозъка, е почти толкова трудно, колкото да задържиш вода в шепите си. Електрическите импулси се разпространяват с такава скорост, че досегашните методи практически не позволяваха да се получи достатъчно качествено триизмерно изображение на процеса.

Сега екип от Университета на Джорджия е разработил нова система за образна диагностика, с която за първи път е заснет епилептичен пристъп в мозъка на риба зебра в триизмерен формат с изключително висока резолюция.

Вижте сами.

Оцветеният в оранжево сигнал на пристъпа преминава през мозъка на рибата зебра за 25 секунди. Изображение: Peter Kner, University of Georgia

„Разработихме светлолистов микроскоп, който позволява бързо обемно заснемане и коригира в реално време аберациите – несъвършенствата в начина, по който микроскопът формира изображението“, обяснява ръководителят на екипа Питър Кнер в съобщение.

„При повечето досегашни наблюдения на пристъпи при риби зебра са заснемани единствено двуизмерни изображения. Нашата система обаче позволява да получим триизмерни изображения с висока резолюция на много по-голяма област, отколкото беше възможно досега.“

Какво представляват пристъпите и как възникват

Пристъпите най-често се свързват с епилепсията. Те обаче могат да бъдат различни по вид и начин на проявление. Възможно е човек да получи единичен пристъп в определен момент от живота си, без това непременно да означава, че страда от хронично заболяване.

Настоящото изследване е посветено на епилептичните пристъпи. Те възникват, когато нормалното предаване на електрически сигнали в мозъка бъде нарушено или когато прекалено много сигнали се задействат едновременно.

Най-общо епилептичните пристъпи се разделят на две категории: фокални и генерализирани. Фокалните пристъпи засягат определена област от мозъка, макар понякога тя да е сравнително голяма. Генерализираните пристъпи, от своя страна, обхващат едновременно и двете мозъчни полукълба.

Не всички пристъпи са резултат от необичайна електрическа активност в мозъка. Така наречените функционални пристъпи например могат външно да наподобяват епилептичните, но не са свързани с характерните за епилепсията промени в мозъчната активност. Вместо това те могат да бъдат предизвикани от силно травмиращо преживяване или продължителен стрес.

Не всеки епилептичен пристъп е съпроводен от конвулсии или загуба на съзнание. В популярната култура най-често се показват именно тези прояви, характерни за така наречените тонично-клонични пристъпи. В действителност преживяванията на хората с епилепсия могат да бъдат изключително разнообразни.

Илюстраторката Хелена Нейпиър разказва пред Epilepsy Society как живее с темпорална епилепсия – често срещана форма на фокална епилепсия. Тя описва първия пристъп, който си спомня. Получила го по време на църковна служба, когато била на 10 години:

„В началото усещането беше изключително приятно – като дежавю, което се надигаше от стомаха и стигаше до гърлото ми. След това усетих силна миризма на бензин, а олтарът пред мен се разтвори и отстъпи място на съвсем друга картина.“

„Видях нещо, което ми приличаше на океан от кости, всяка от които беше увита в отделно зелено листо. Стотици кости плуваха спокойно заедно под ясно синьо небе. Църковната пейка, за която се бяха вкопчили малките ми пръсти, изчезна и аз се потопих едновременно в усещане за пълна дезориентация и невероятна яснота.“

Микроскоп, който работи седем пъти по-бързо

Целта на новото изследване е учените да разберат по-добре как активността, свързана с един пристъп, се разпространява през мозъка и по какъв начин върху този процес влияе генът gad1b.

За експериментите екипът използва риби зебра – един от най-предпочитаните моделни организми в невронауката. Учените вече били успели да заснемат в двуизмерен формат активността на пристъп в мозъка на този вид риби, но следващата им цел била да проследят процеса в 3D.

За тази цел те използвали светлолистова микроскопия. При този метод обектът се осветява от едната страна чрез изключително тънък светлинен слой. В научната си публикация изследователите определят технологията като „мощен инструмент за изобразяване на живи организми“.

Тънкият светлинен слой ограничава и риска от увреждания, които прекомерното излагане на светлина при други видове микроскопия може да причини на рибите.

По-рано екипът бил разработил светлолистова система, способна да заснеме едно изображение за 1,75 секунди. Дори тази скорост обаче не била достатъчна, за да се проследи подробно развитието на един пристъп.

След няколко подобрения учените успели да ускорят системата седем пъти. Така тя заснела 600 последователни триизмерни изображения само за две минути и половина. Новият метод бил изпробван върху седем ларви на риба зебра.

news_release_fig_1.png

Пристъпът започва в задната част на мозъка и постепенно се придвижва към разположена отпред област, наречена оптичен тектум. Изображение: Peter Kner, University of Georgia

Записът показва, че активността при пристъпа започва в задната част на мозъка на рибата зебра, след което се разпространява напред. Целият процес продължава десетки секунди.

Резултатите съвпадат с наблюденията в някои по-ранни изследвания, но противоречат на други. Затова предстои още работа, преди учените да могат да определят дали това е основният механизъм, по който протичат пристъпите при рибите зебра.

„Подробната информация, която получаваме чрез нашата техника за бързо обемно изобразяване, може да разкрие нови подробности за механизмите, по които пристъпите възникват и се разпространяват. Това би могло да подпомогне разработването на по-ефективни терапии“, казва Кнер.

Следващата стъпка за екипа е да повтори експеримента с риби зебра, при които липсва генът gad1b, и да сравни начина, по който протичат пристъпите. Вече е известно, че различни генетични фактори могат да допринасят за развитието на епилепсия.

В дългосрочен план изследователите се надяват по-задълбоченото разбиране на начина, по който пристъпите възникват и се разпространяват, да помогне за подобряване на лечението на епилепсията при хората.

„В по-широк план този подход може да ни помогне да разберем по-добре как функционира мозъкът и да допринесе за разработването на лечения за различни мозъчни заболявания и нарушения.“

Изследването е публикувано в научното списание Biomedical Optics Express.