La dinamica "push-pull" nella rete del cervello è la chiave per fermare le convulsioni

I ricercatori hanno scoperto che la diffusione di convulsioni nel cervello possono essere soppresse a seconda della quantità di pressione all'interno del cervello, una scoperta importante che può rivoluzionare il trattamento dell'epilessia farmacoresistente.

L'epilessia è una delle malattie neurologiche più comuni, che colpisce persone di tutte le età. Ci sono molti disturbi convulsivi, che cadono tutti sotto l'ombrello dell'epilessia. Mentre molti disturbi convulsivi possono essere trattati con farmaci, alcuni pazienti hanno ceppi di epilessia resistenti ai farmaci, il che significa che a volte è necessario un intervento chirurgico. In questi pazienti, il tessuto può essere rimosso chirurgicamente per eliminare o ridurre al minimo le convulsioni future.

Il laboratorio del Capo Dipartimento di Ingegneria Biomedica Bin He, in collaborazione con la Mayo Clinic, ha pubblicato uno studio sulla rivista Annals of Neurology che scopre che all'interno del cervello le "crisi focali" - convulsioni che hanno origine in un singolo punto - possono essere regolato da dinamiche push-pull all'interno del cervello.

Il documento, "Gli antagonismi push-pull oscillatori multipli vincolano la propagazione delle crisi convulsive", mostra inoltre che uno squilibrio dell'attività di inibizione dell'eccitazione all'interno di una rete epilettica può essere un promettente biomarcatore per la generalizzazione secondaria delle crisi focali. In altre parole, quando i professionisti medici vedono indicazioni che l'eccitazione e l'inibizione del fuoco dei neuroni all'interno del cervello è squilibrata, questo squilibrio può essere un indicatore del fatto che il sequestro si propagherà nel cervello.

"La gente pensava che la diffusione delle convulsioni dipenda principalmente da dove hanno origine le convulsioni nel cervello, ma la propagazione delle convulsioni è in realtà regolata dai tessuti circostanti, che include quella zona di insorgenza delle convulsioni", afferma He. "Usando una serie di registrazioni elettrofisiologiche, abbiamo scoperto che non si muove necessariamente verso l'esterno; dipende da quanta 'trazione' un paziente riceve dal tessuto circostante verso la zona di insorgenza del sequestro e da quanta 'spinta' si propaga dalla zona di insorgenza del sequestro nello stesso paziente. Se quel tiro è debole, allora si diffonderà. Se quel tiro è forte, allora possiamo contenere il sequestro dov'è e impedirne la diffusione. "

Sebbene l'epilessia focale resistente ai farmaci sia ampiamente riconosciuta tra i professionisti medici come una malattia della rete (ovvero una crisi si diffonde nel cervello dopo aver avuto origine da un singolo punto) in cui le convulsioni si propagano in coordinazione con diverse frequenze di oscillazione dei neuroni, il meccanismo attraverso il quale diverse reti limitare la diffusione di crisi focali rimane poco chiaro.

Nel lavoro di lui e del suo team, i ricercatori affrontano il problema osservando varie frequenze, inclusi ritmi cerebrali sia lenti che veloci. Hanno inoltre eseguito nuove analisi di reti funzionali per una determinata banda ritmica o le interazioni tra ritmi cerebrali bassi e alti. Utilizzando una nuova tecnica di "direzionalità a frequenza incrociata" per studiare 24 pazienti con epilessia focale resistente ai farmaci, il team ha scoperto che la propagazione delle convulsioni attraverso il cervello dipende da un meccanismo di controllo dell'antagonismo "push-pull". Questo meccanismo "push-pull" può potenzialmente riflettere le connessioni nella rete epilettica, sopprimendo il sequestro.

"Questa scoperta avrà importanti implicazioni e suggerisce che le future opzioni di trattamento dovrebbero considerare gli interventi non solo sulle zone di insorgenza delle crisi, ma anche sui tessuti circostanti", afferma He. "Ulteriore delineazione di nodi di rete critici può aiutare lo sviluppo di trattamenti per l'epilessia mediante neuromodulazione."

Questo lavoro è stato in parte finanziato dal National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, dal National Institute of Neurological Disorders, dal National Institute of Mental Health e dal National Center for Complementary and Integrative Health del National Institutes of Health.