Новый метод селективной инфракрасной нейронной стимуляции мозга разработали ученые НГТУ НЭТИ и Института физиологии РАН
Физики Новосибирского государственного технического университета НЭТИ совместно с нейрофизиологами Института физиологии им. И. П. Павлова РАН разработали инновационный способ малоинвазивной высокоселективной инфракрасной нейронной стимуляции с использованием оптоволоконного интерфейса между мозгом и лазерным источником.
В настоящее время в физиологии, фундаментальной медицине и клинической практике используются электрические, магнитные, инфракрасные и ультразвуковые методы нейронной стимуляции головного мозга. Выбор конкретного способа реализации стимуляции — это всегда компромисс между простотой, безопасностью и комфортом, которые характерны для неинвазивных транскраниальных способов, и высокой эффективностью, требующей селективной стимуляции отдельных участков мозга с высоким временным и пространственным разрешением, что требует сложных инвазивных форм стимуляции с нейрохирургическим вмешательством. Ученые новосибирского вуза и Института физиологии РАН из Санкт-Петербурга предложили новый практический способ селективной нейронной стимуляции мозга, который подразумевает использование лазерного излучения и оптоволоконного интерфейса.
Метод выгодно отличается от транскраниальных методов стимуляции существенно более высоким (субмиллиметровым) пространственным разрешением, а от известных ранее методов лазерной стимуляции — отсутствием необходимости предварительных генетических манипуляций и своей малоинвазивностью, благодаря которой не требуется нарушать целостность мозговых оболочек. Кроме этого, разработанный метод почти не ограничивает базовую жизнедеятельность пациентов.
По словам одного из разработчиков метода, руководителя научной лаборатории общей и прикладной фотоники НГТУ НЭТИ, заведующего кафедрой лазерных систем физико-технического факультета кандидата физико-математических наук, доцента Бориса Нюшкова, реализовать такой метод стало возможным благодаря созданию уникального оптоволоконного интерфейса между лазерным источником стимулирующих паттернов и поверхностью коры головного мозга. «Малоинвазивный характер точечной имплантации такого интерфейса позволяет сохранить целостность мозговых оболочек, а его гибкость — не ограничивать базовую жизнедеятельность и подвижность головы пациента», — отметил Борис Нюшков.
Инновационный подход в нейрофизиологии позволил провести длительный (многодневный) эксперимент по динамической инфракрасной нейронной стимуляции выбранного участка коры головного мозга и синхронной регистрации комплексного электрофизиологического отклика различных его участков на локальную стимуляцию у макака-резуса без анестезии, пробывшего в ходе всего эксперимента в состояниях естественного сна и бодрствования. По словам руководителя научной группы физиологов, проводивших нейрофизиологическое исследование, старшего научного сотрудника Института физиологии РАН кандидата биологических наук Алексея Хараузова, ученые убедились в осуществимости и безопасности нового подхода к таргетированной лазерной инфракрасной нейронной стимуляции и регистрации электрофизиологических откликов.
«Метод открывает для научного и медицинского сообщества новые возможности как для инструментальных исследований комплексного взаимодействия функциональных отделов мозга и углубления фундаментальных знаний о работе мозга и центральной нервной системы в целом, так и для разработки новых клинических методов терапии различных расстройств в работе ЦНС», — подчеркнул Алексей Хараузов.
Участник исследований, декан физико-технического факультета НГТУ НЭТИ кандидат физико-математических наук, доцент Игорь Корель отметил значимость совместной работы. «Это яркий пример продуктивности междисциплинарного формата исследований, когда уникальный результат, имеющий столь высокую практическую значимость, был получен в буквальном смысле на стыке двух разных областей научных знаний — лазерной фотоники и нейрофизиологии», — отметил Игорь Корель.
Совместная исследовательская работа была представлена на научном симпозиуме стран БРИКС по биофотонике (BRICS Workshop on Biophotonics IV), ее результаты опубликованы в международном научном журнале Brain Topography.
Напомним, ранее ученые НГТУ НЭТИ разработали новые методы формирования и управления лазерными импульсами, которые позволяют повысить надежность и энергетическую эффективность лазерных источников, а также расширить их функциональные возможности для решения различных прикладных задач. Результаты этой работы были представлены на IEEE Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» AПЭП-2025.
