التحفيز الكهربائي للدماغ

التحفيز الكهربائي للدماغ ( EBS )، والذي يُشار إليه أيضًا باسم التحفيز الموضعي للدماغ ( FBS )، هو شكل من أشكال العلاج الكهربائي والعلاج العصبي، يُستخدم كتقنية في البحث وعلم الأحياء العصبية السريري لتحفيز عصبون أو شبكة عصبية في الدماغ من خلال التنشيط المباشر أو غير المباشر لغشائه الخلوي باستخدام تيار كهربائي . يُستخدم التحفيز الكهربائي للدماغ لأغراض البحث أو العلاج .

استُخدم التحفيز الكهربائي للدماغ لأول مرة في النصف الأول من القرن التاسع عشر على يد باحثين رواد مثل لويجي رولاندو ^{[ 1 ]} (1773-1831) وبيير فلورنس (1794-1867)، لدراسة توطين الوظائف في الدماغ ، وذلك بعد اكتشاف الطبيب الإيطالي لويجي غالفاني (1737-1798) أن الأعصاب والعضلات قابلة للاستثارة الكهربائية. كما استُخدم تحفيز سطح القشرة المخية باستخدام التحفيز الكهربائي للدماغ لدراسة القشرة الحركية في الحيوانات من قِبل باحثين مثل إدوارد هيتزيغ (1838-1907)، وغوستاف فريتش (1838-1927)، وديفيد فيرير (1842-1928) ، وفريدريش غولتز (1834-1902). كما تم تحفيز القشرة الدماغية البشرية كهربائياً بواسطة جراحي الأعصاب وأطباء الأعصاب مثل روبرت بارثولو (1831-1904) وفيدور كراوس (1857-1937).

في القرن التالي، طُوِّرت هذه التقنية باختراع طريقة التجسيم الفراغي على يد جراح الأعصاب البريطاني الرائد فيكتور هورسلي (1857-1916)، وبتطوير غرسات الأقطاب الكهربائية المزمنة على يد عالم وظائف الأعصاب السويسري والتر رودولف هيس (1881-1973)، وخوسيه ديلجادو (1915-2011)، وآخرين، باستخدام أقطاب كهربائية مصنوعة من أسلاك معزولة مستقيمة يمكن إدخالها عميقًا في دماغ حيوانات حرة الحركة، مثل القطط والقرود . استخدم جيمس أولدز (1922-1976) وزملاؤه هذا النهج لاكتشاف مركز المكافأة والمتعة في الدماغ . كما استخدم جراح الأعصاب الأمريكي الكندي وايلدر بنفيلد (1891-1976) وزملاؤه في معهد مونتريال للأعصاب التحفيز الكهربائي المكثف لقشرة الدماغ لدى مرضى جراحة الأعصاب الواعين لدراسة الهومونكولوس الحركي والحسي (تمثيل الجسم في قشرة الدماغ وفقًا لتوزيع المناطق الحركية والحسية).

لا يزال التحفيز الكهربائي للدماغ (EBS) مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بأعمال روبرت غالبريث هيث ، وديلغادو، وبينفيلد. ومن المثير للاهتمام أنه خلال دراسات تحديد مواقع الدماغ، لم يتمكن جراح الأعصاب بينفيلد من إثارة ردود فعل عاطفية لدى البشر، سواءً من خلال مراقبة الصرع التلقائي أو عن طريق التحفيز الكهربائي لسطح القشرة الدماغية. وقد لاحظ عالم وظائف الأعصاب ديلغادو بعض الاستثناءات لهذه القاعدة. في المقابل، أثار التحفيز الكهربائي للدماغ، عبر أقطاب كهربائية مزروعة بعمق في مناطق محددة من الدماغ ( التحفيز العميق للدماغ ؛ DBS)، استجابات ممتعة وأخرى منفّرة لدى حيوانات المختبر والبشر كما وُصف سابقًا. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

قد يُثير التحفيز الكهربائي للدماغ (EBS) استجابات حركية طقوسية تُشبه الغضب الزائف لدى القطط عن طريق تحفيز منطقة ما تحت المهاد الأمامية ، بالإضافة إلى مكونات عاطفية وسلوكية أكثر تعقيدًا تُشبه "الغضب الحقيقي" لدى الحيوانات التجريبية عن طريق تحفيز منطقة ما تحت المهاد الجانبية، ولدى البشر عن طريق تحفيز مناطق عميقة مختلفة من الدماغ. وقد يُؤدي التحفيز الكهربائي للدماغ لدى مرضى الصرع إلى حدوث نوبات على سطح الدماغ، وإلى عدوانية وغضب مرضيين عند تحفيز اللوزة الدماغية. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

أظهرت مجهرية الإثارة ثنائية الفوتون أن التحفيز الدقيق يُنشّط الخلايا العصبية بشكل متفرق حول القطب الكهربائي حتى عند تيارات منخفضة (تصل إلى 10 ميكروأمبير) وعلى مسافات تصل إلى أربعة ملليمترات. يحدث هذا دون استهداف خلايا عصبية أخرى أقرب بكثير إلى طرف القطب. ويعود ذلك إلى أن تنشيط الخلايا العصبية يتحدد بوجود محاور عصبية أو تفرعات شجيرية تمر ضمن دائرة نصف قطرها 15  ميكرومتر بالقرب من طرف القطب. مع زيادة التيار، يزداد حجم المنطقة المحيطة بالطرف التي تُنشّط محاور الخلايا العصبية وتفرعاتها الشجيرية، وبالتالي يزداد عدد الخلايا العصبية المُنشّطة. يُرجّح أن يكون التنشيط ناتجًا عن إزالة الاستقطاب المباشر وليس عن التنشيط المشبكي . ^{[ 6 ]}

أعدّ استعراض شامل لأبحاث التحفيز الكهربائي للدماغ قائمةً بالعديد من التأثيرات الحادة المختلفة للتحفيز، وذلك تبعًا لمنطقة الدماغ المستهدفة. وفيما يلي بعض الأمثلة على التأثيرات الموثقة: ^{[ 7 ]}

• حسية : مشاعر تنميل الجسم، والتأرجح، والحركة، والاختناق، والحرقان، والصدمة، والدفء، والتنميل ، والشعور بالسقوط، واهتزاز الرؤية ، واضطراب الإحساس ، والارتفاع، والأصوات، والفوسفينات ، والهلوسة، وصغر حجم الأشياء ، وازدواج الرؤية ، إلخ.
• الحركة : حركات العين، والتنقل، وتوقف الكلام، والحركات التلقائية ، والضحك، وتكرار الكلام ، والمضغ، والرغبة في الحركة، والبكاء دون الشعور بالحزن، إلخ.
• الجهاز العصبي اللاإرادي : احمرار الوجه، توسع حدقة العين ، تغير في ضغط الدم والتنفس، انقطاع النفس ، الغثيان، تسرع القلب ، التعرق، إلخ.
• عاطفياً : القلق، المرح، الشعور بعدم الواقعية، الخوف، السعادة، الغضب، الحزن، الاكتئاب الحاد العابر، الهوس الخفيف ، إلخ.
• الإدراك : فقدان القدرة على الحساب ، فقدان القدرة على الكلام ، فقدان القدرة على تسمية الأشياء، استرجاع الذكريات، "الدخول في غيبوبة"، "خارج هذا العالم"، فقدان القدرة على التوصيل ، إهمال نصف المكان، فقدان القدرة على القراءة، الشعور بالديجا فو ، إعادة عيش التجارب الماضية، فقدان القدرة على الكتابة ، فقدان القدرة على الحركة ، إلخ.

تسبب التحفيز الكهربائي للدماغ في المناطق الحساسة للوجه في التلفيف المغزلي في إبلاغ مريض بأن وجوه الأشخاص الموجودين معه في الغرفة قد "تحولت" وأصبحت مشوهة: "أصبح أنفك مترهلاً، واتجه إلى اليسار. [...] وجهك فقط هو الذي تغير، كل شيء آخر ظل كما هو." ^{[ 8 ]}

من أمثلة العلاج بالتحفيز الكهربائي للعضلات:

• التحفيز الكهربائي للدماغ (CES)
• التحفيز العميق للدماغ (DBS)
• التحفيز المباشر عبر الجمجمة (tDCS)
• العلاج بالصدمات الكهربائية (ECT)
• التحفيز المغناطيسي منخفض المجال (LFMS)
• التحفيز الكهربائي الوظيفي (FES)
• العلاج بالنوبات المغناطيسية (MST)
• تحفيز العصب المبهم (VNS)
• التحفيز المغناطيسي العميق عبر الجمجمة (Deep TMS)
• التحفيز العصبي الاستجابي (RNS)

قد تُسبب التيارات الكهربائية القوية تلفًا موضعيًا في النسيج العصبي، بدلًا من التحفيز الوظيفي القابل للعكس. وقد استُخدمت هذه الخاصية في إجراءات جراحة الأعصاب لعلاجات متنوعة، مثل مرض باركنسون ، والصرع البؤري ، والجراحة النفسية . أحيانًا يُستخدم القطب الكهربائي نفسه لفحص الدماغ بحثًا عن الخلل الوظيفي، قبل تمرير التيار المُسبب للتلف ( التخثير الكهربائي ).