Forskare visar att en känd teknik kan nå djupt in i hjärnan

Amerikanska forskare har påvisat att hjärnstimuleringsteknik med TMS kan användas riktat för att påverka hippocampus. Detta hjärnområde spelar en avgörande roll för minne och känslor och har i åratal kopplats samman med Alzheimer, depression och posttraumatisk stress.

En sårbar knutpunkt långt inne i hjärnan

Hippocampus ligger gömd mitt i tinningloben, långt från skallbenet. Ändå styr detta relativt lilla område en förvånansvärt stor del av det som gör oss mänskliga. Det bidrar till att lagra nya minnen, känna igen omgivningar och reglera känslomässiga reaktioner på stressande eller hotfulla situationer.

När hippocampus hamnar ur balans uppstår problem på flera plan. Människor kan få svårt att lagra ny information, förlora orienteringsförmågan eller fastna i ihållande ångest- och stressreaktioner. Läkare ser avvikelser i denna struktur vid bland annat:

Alzheimers sjukdom och andra former av demens
depressiva tillstånd
ångesttillstånd
posttraumatiskt stressyndrom (PTSD)

Just eftersom denna enskilda struktur påverkar så många processer har forskare i åratal sökt efter sätt att styra dess funktion. Mediciner träffar ofta hela hjärnan på en gång och ger snabbt biverkningar. Djup hjärnstimulering med elektroder kräver hjärnoperationer. En säker, icke-kirurgisk metod som ändå når tillräckligt djupt har länge verkat som en ouppnåelig dröm.

Så når magnetstimulering ett djupt liggande område

Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) har funnits inom psykiatrin i ett flertal år. En spole placerad mot skallbenet avger korta magnetiska pulser som sätter igång elektrisk aktivitet i en liten del av hjärnbarken direkt under spolen. Tekniken hjälper exempelvis en del patienter som lider av behandlingsresistent depression.

Det stora problemet är att strömimpulsen försvagas snabbt med djupet. Direkt stimulering av hippocampus verkade därför endast möjlig med implanterade elektroder. Den amerikanska forskargruppen valde en annan ansats och utnyttjade det sätt hjärnan faktiskt fungerar på: som ett nätverk.

Istället för att träffa målområdet direkt stimulerar forskarna en knutpunkt på ytan som är nära förbunden med hippocampus.

Varje hippocampus kommunicerar kontinuerligt med olika områden på hjärnans yttre yta, bland annat i den parietala och frontala hjärnbarken. Via dessa förbindelser rör sig signaler konstant fram och tillbaka. Genom att precist kartlägga vilka ytliga regioner som hos den enskilda personen svänger starkast i takt med hippocampus kan man identifiera en indirekt åtkomstväg.

En sällsynt möjlighet: direkt inblick i hippocampus under stimulering

I studiens första fas arbetade teamet med åtta patienter som redan var i behandling för ett neurokirurgiskt problem. De bar tillfälligt djupt liggande elektroder runt hippocampus för diagnostik och behandling. Det gav forskarna en enastående möjlighet: att mäta direkt vad som hände på den plats de önskade påverka.

De kombinerade två tekniker:

TMS på utsidan av skallbenet för att stimulera en specifik del av hjärnbarken
intrakraniell EEG (iEEG) via de redan befintliga elektroderna för att registrera den elektriska aktiviteten i och runt hippocampus

Två typer av stimuleringsprotokoll användes. Först enstaka isolerade pulser för att se om hippocampus reagerade direkt. Därefter serier av upprepade pulser, jämförbara med de behandlingsscheman som redan används vid depression. I båda fallen undersökte forskarna om de elektriska mönstren i hippocampus förändrades.

Hos fyra patienter hade man i förväg med hjälp av funktionell MR identifierat vilken kortikal placering som var starkast kopplad till hippocampus. Just denna personaliserade plats mottog magnetpulserna. I denna grupp visade hippocampus en tydlig och mätbar reaktion.

Hos de övriga fyra patienterna använde forskarna inte en individuellt anpassad placering utan snarare en mer generell utgångspunkt. I denna grupp var reaktionen i hippocampus markant svagare eller nästan frånvarande.

Graden av reaktion i hippocampus hängde direkt samman med hur precist den valda placeringen på ytan var anpassad till den aktuella personens hjärna.

Från operationssalen till friska försökspersoner

Eftersom åtta patienter med elektroder utgör en liten och mycket särskild grupp upprepade forskarna sin ansats i en större, helt icke-invasiv studie. Här deltog 79 friska frivilliga. De fick TMS på en förvald plats medan deras hjärnaktivitet följdes med funktionell MR.

Samma mönster visade sig igen. Ju starkare den stimulerade barkregionen var funktionellt kopplad till hippocampus, desto större blev förändringen i signalen från den djupa strukturen. Och ju närmare spolpositionens faktiska placering låg den idealt beräknade positionen, desto kraftfullare var effekten.

Uppgifterna visar därmed något till synes enkelt: en riktad och personaliserad placering av TMS-spolen är skillnaden mellan ett skott i mörkret och en precis träff i ett djupt liggande nätverk.

Därför ger detta hopp vid Alzheimer, depression och PTSD

Studien presenterar ännu inte en färdig behandling. Inga Alzheimer- eller PTSD-patienter har följts över lång tid för att se om deras symtom förbättras. Värdet ligger på ett tidigare stadium: för första gången är det övertygande dokumenterat att en icke-invasiv teknik riktat kan aktivera och dämpa den mänskliga hippocampus, och att detta kan mätas tillförlitligt.

För kliniska tillämpningar öppnar det nya vägar. Läkare överväger exempelvis:

behandling av minnesproblem i tidiga stadier av Alzheimer genom att träna nätverken runt hippocampus
att dämpa överdrivna ångestreaktioner vid PTSD genom att omkalibrера kretsloppen för känslomässiga minnen
kompletterande terapi vid behandlingsresistent depression, riktad mot djupa stämningsnätverk snarare än endast ytliga barkområden

Tanken om fullständigt standardiserade protokoll är också under press. Där TMS nu ofta ges efter ett fast schema på samma ställe på skallbenet pekar denna forskning i riktning mot skräddarsydda lösningar anpassade till den enskildes hjärnförutsättningar.

En framtida TMS-behandling skulle kunna börja med en personlig hjärnskanning, varefter en dator exakt beräknar var spolen ska placeras.

Vad detta kräver av sjukhus och patienter

För sjukhusen innebär denna ansats att TMS inte längre kan stå ensam utan avancerad bilddiagnostik. Funktionell MR, precisa hjärnkartor och programvara som beräknar förbindelser blir en del av behandlingsförloppet. Det kräver tid och resurser men kan göra behandlingar mer precisa och möjligen också kortare.

För patienter kan denna utveckling på sikt skapa fler möjligheter i utrymmet mellan ”att ta en tablett” och ”att gå på operationsbordet”. Ett personaliserat TMS-förlopp skulle exempelvis kunna kombineras med samtalsterapi eller minnesrehabilitering där hjärnan får rätt impulser vid precis rätt tidpunkt.

Förklaring: vad är TMS, hippocampus och funktionell konnektivitet?

Vad gör TMS exakt?

Vid TMS håller en behandlare en spole mot skallbenet. En kort strömstöt genom spolen frambringar ett magnetfält som under en kort stund inducerar en svag ström i de underliggande hjärncellerna. Denna extra impuls kan göra nervceller mer eller mindre aktiva beroende på pulsmönstret. Upprepade sessioner kan förändra känsligheten i bestämda nätverk varaktigt.

Hippocampus roll

Hippocampus finns i båda hjärnhalvorna och påminner i form lite om en sjöhäst. Området hjälper till att omvandla korttidsminne till långtidsminne. Skador på hippocampus ger ofta den välkända bilden där en person fortfarande minns sin barndom men inte kan behålla nya händelser. Rädslebetingning och förmågan att släppa ångest är likaså knutna till detta område.

Funktionell konnektivitet på vanlig svenska

Funktionell konnektivitet betyder att två hjärnområden koordinerar sina aktivitetsmönster med varandra. Om område A blir mer aktivt och område B nästan samtidigt gör detsamma, och detta upprepas konsekvent, talar forskarna om ett funktionellt nätverk. Med vilo-MR kan man följa sådana mönster medan en person ligger stilla i skannern och inte gör någonting. Det ger en sorts karta över vilka hjärnområden som ”slår i takt” med varandra.

Dessa nätverkskartor utgör grunden för de personaliserade TMS-målen i denna studie. Det är inte den anatomiska formen utan snarare det sätt hjärndelar samarbetar på som avgör var en puls har störst effekt.

Under kommande år förväntar neurologer och psykiatriker fler försök där TMS används på detta sätt, först i små, noggrant kontrollerade studier. Den stora frågan kommer hela tiden vara densamma: om man stimulerar rätt nätverk på rätt ställe, förbättras patienternas liv märkbart – och håller denna effekt även på längre sikt?