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Cette vidéo montre une image de propagation de dépression dépolarisation-propagation dans un cerveau de rat. L'image sur le dessus montre une dépression qui s'étend sans aucune intervention. L'image au bas montre la dépression d'étalement avec l'intervention de courant électrique. Le champ se propage plus profondément mais pas aussi loin sur la surface du cerveau, ce qui coupe essentiellement la progression de la dépression qui s'étend.
Les chercheurs ont identifié l'activité électrique spécifique au début des migraines et ont démontré un moyen de l'arrêter dans les expériences sur les animaux.
«Les crises d'épilepsie et les migraines sont deux états cérébraux très différents», explique Steven J. Schiff, professeur d'ingénierie dans les départements de neurochirurgie, d'ingénierie, de mécanique et de physique à Penn State.
"Nous avons découvert que la dépolarisation, également appelée" propagation de la dépression ", observée dans les migraines est un phénomène biophysique fondamental et que vous pouvez l'arrêter avec un courant électrique. Bizarrement, c'est la direction opposée du courant électrique utilisé pour couper les crises », explique M. Schiff.
"L'activité électrique dans le cerveau provoquant l'aura est comme une panne de courant ..."
Les chercheurs n'ont pas guéri les migraines, mais ils sont plus près de comprendre le mécanisme dans le cerveau qui provoque le début, ou auras, de ces maux de tête, qui affectent environ 10 pour cent des hommes et 22 pour cent des femmes, selon le Centre for Disease Contrôle.
Réalisant des expériences motivées par des modèles computationnels de la biophysique de propagation de la dépolarisation, les chercheurs ont démontré avec succès la modulation, la suppression et la prévention de la dépolarisation par étalement dans des coupes de cerveau de rat.
"L'activité électrique dans le cerveau causant l'aura est comme une panne d'électricité", explique Andrew J. Whalen, chercheur postdoctoral au Centre for Neural Engineering de l'université. "Ce n'est pas seulement une seule cellule, mais une réaction en chaîne qui se déplace à travers le cerveau, provoquant un gonflement, et il faut un certain temps aux gens pour se rétablir."
Beaucoup de personnes migraineuses éprouvent d'abord cette aura visuelle avant que le mal de tête commence. Schiff et son équipe ont ciblé l'activité électrique qui provoque l'aura car elle est fondamentale dans le déclenchement de la migraine.
Sur la gauche, les images optiques montrent la vague de dépolarisation étendue dans le cerveau; au milieu, l'image montre l'accélération et le dessin à la surface de l'onde avec un courant négatif; et à droite, l'image montre le confinement de la vague avec arrêt de la propagation, à droite. (Crédit: Schiff Lab / Penn State)
Les chercheurs savent que changer la concentration de sel dans le cerveau peut modifier les processus électriques du cerveau. En modifiant les concentrations de potassium dans le cerveau, les chercheurs pourraient déclencher la dépolarisation.
Les cellules cérébrales impliquées ont un corps central appelé le soma et un long bras semblable à une antenne appelé dendrite. Les deux extrémités permettent aux chercheurs de polariser les cellules avec un courant électrique - les charges positives s'accumulent à une extrémité et les charges négatives s'accumulent à l'autre. Cela leur permet d'utiliser un courant électrique pour essayer de moduler l'activité des cellules cérébrales.
"... nous pouvons faire empirer avec un courant et nous pouvons l'améliorer avec le courant inverse ..."
"Nous pensions que si nous arrêtons la phase initiale, l'aura, nous arrêterons le reste", explique Schiff. "Nous avons finalement compris que la charge nécessaire pour arrêter la dépression de propagation était contraire à ce que nous supposions. Une fois que nous avons choisi la charge opposée, la progression des phénomènes s'est arrêtée. Tout cela a du sens à la fin, puisque les crises et les migraines commencent aux extrémités opposées des cellules du cerveau. "
Les chercheurs ont été en mesure d'utiliser une charge positive pour arrêter la polarisation d'étalement. L'imagerie des coupes de cerveau de rat montre que l'activité de la migraine se déplace plus profondément dans le cerveau où elle ne peut plus se propager, mettant ainsi fin à l'épisode.
"Nous sommes arrivés à une compréhension biophysique et cela s'applique à la physiologie fondamentale de l'aura, et nous pouvons l'aggraver avec un courant et nous pouvons l'améliorer avec le courant inverse", explique Schiff.
L'application d'une polarisation comme celle-ci peut se faire en toute sécurité dans le cerveau humain, et cette stratégie peut être testée dans des essais cliniques avec des personnes migraineuses. Cependant, la migraine complète éprouvée par les patients devient plus compliquée après l'aura initiale.
«On veut être capable de réparer le cerveau afin qu'il ne soit pas sujet aux migraines ou aux crises», explique Bruce J. Gluckman, professeur de sciences de l'ingénieur et de mécanique, neurochirurgie et bioingénieur et directeur associé du Centre for Neural Engineering. "Ne pas avoir à contrôler les migraines ou la propagation de la dépression une fois qu'il commence. Pour l'instant, c'est un résultat fondamental qui nous rapproche de pouvoir intervenir de manière importante pour cette condition.
La recherche apparaît dans Rapports scientifiques.
Chercheurs de l'Université des sciences et technologies électroniques de Chine; Penn State; et l'Université Humboldt de Berlin, en Allemagne, ont également contribué au travail.
Le programme de recherche collaborative en neurosciences computationnelles américano-allemand des National Institutes of Health; le Bundesministerium für Bildung und Forschung; et l'initiative BRAIN des National Institutes of Health a soutenu ce travail. Les chercheurs ont déposé un brevet provisoire sur ce travail.
La source: Penn State
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