تعدیل نوری جمجمه ای با لیزر 1064 نانومتری ریتم های الکتروانسفالوگرام مغز را تعدیل می کند.

(الف) یک طراحی بسیار شماتیک از تنظیمات، (ب) یک عکس از تنظیمات واقعی تنظیمات آزمایشی EEG-tPBM، و (ج) تصویری از پروتکل مطالعه برای آزمایش‌های EEG-tPBM و EEG-sham.

1. مقدمه

Photobiomodulation (PBM) فرآیندی است که از نور، با تکنیک‌های انتقال غیرمخرب و غیر حرارتی، برای تعدیل تنفس میتوکندری و عملکردهای سلولی در بسیاری از انواع سلول‌ها، از جمله نورون‌ها استفاده می‌کند. PBM 1-4 همچنین به عنوان لیزر درمانی سطح پایین (نور) نامیده می‌شود. LLLT)، زمانی که هدف آن این است که به عنوان یک درمان برای انواع شرایط پزشکی، مانند تسکین درد و بهبود زخم عمل کند. 5،6 هنگامی که PBM سر انسان را هدف قرار می دهد، اصطلاح تعدیل نوری جمجمه ای (tPBM) استفاده شده است. برای تاکید بر اینکه هدف تعدیل شده توسط نور، قشر مغز انسان است، تا

∼

3

سانتی متر

 زیر پوست سر انسان، 7 با هدف افزایش اکسیژن رسانی مغزی و عملکرد شناختی. 8-10 به طور کلی، اکثر مطالعات تحقیقاتی یا کاربردهای بالینی با tPBM از لیزر یا دیودهای ساطع نور (LED) در رنگ قرمز (620 تا 680) استفاده کرده اند. نانومتر) یا محدوده طیفی نزدیک به مادون قرمز (800 تا 980 نانومتر). 11 LED با پهنای باند 1064 تا 1080 نانومتر برای تعدیل عصبی مغز انسان گروه کوچکی از بیماران زوال عقل (شش فعال، سه گروه کنترل و دو ترک تحصیل) استفاده شد. این مطالعه همچنین روند بهبود ناشی از tPBM در دامنه و اتصال الکتروانسفالوگرام (EEG) را گزارش می‌کند. علاوه بر این، یک لیزر مادون قرمز 1064 نانومتری برای اعمال tPBM استفاده شده است و گزارش شده است که عملکرد شناختی را در کارهای مختلف در مطالعات کنترل شده با بیش از 300 نفر انسانی بهبود می بخشد. اخیراً، ما نشان داده ایم که tPBM در 1064-1064 لیزر نانومتری تغییرات قابل‌توجهی را در اکسیژن‌رسانی خون مغز ایجاد کرد که با طیف‌سنجی عملکردی نزدیک به مادون قرمز اندازه‌گیری شد. این تغییرات در اثر برهمکنش نورون-فوتون ایجاد می‌شوند که باعث افزایش غلظت سیتوکروم-c-اکسیداز اکسید شده (CCO)، آنزیم می‌شود. در مرحله پایانی زنجیره تنفسی میتوکندری.19

مطالعات قبلی in vivo همودینامیک و متابولیک tPBM با لیزر 1064 نانومتری در انسان، بینش هایی را در مورد تغییرات فیزیولوژیکی ناشی از تحریک با لیزر مادون قرمز 1064 نانومتری ارائه می دهد. مکانیسم ادعا شده tPBM در بهبود عملکرد شناختی انسان یک نورون است. برهمکنش فوتون توسط اکسیداسیون نوری CCO آغاز می شود. به طور خلاصه، فوتون های فرودی باعث از دست دادن الکترون های CCO می شوند (یعنی اکسیده شدن نور) زیرا CCO پذیرنده اصلی فوتون در سلول ها است. هنگامی که CCO اکسید می شود، ترکیبی با میل ترکیبی بیشتری برای کاتالیز کردن کاهش اکسیژن به آب در تنفس سلولی دارد. بنابراین، افزایش غلظت CCO اکسید شده، تولید ATP را از طریق فسفوریلاسیون اکسیداتیو با مصرف بیشتر مولکول‌های اکسیژن تسریع می‌کند. نرخ مصرف سریع‌تر مولکول‌های اکسیژن باعث افزایش جریان خون و در نتیجه اکسیژن‌سازی همودینامیک از رگ‌های خونی نزدیک می‌شود. سپس افزایش ATP در نورون ها به عنوان منبع انرژی برای انجام انواع فعالیت های سلولی و واکنش های بیوشیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. سلول ها و اندامک ها در بافت انسان به دلیل پیچیدگی بالای بافت بیولوژیکی. به عنوان مثال، PBM قادر به تعدیل بیان ژن و فعالیت های کانال یونی کلسیم است، همانطور که در مطالعات پیش بالینی گزارش شده است.

از آنجایی که بیشترین انرژی مورد نیاز سلولی در نورون ها شامل حفظ پتانسیل های الکتریکی غشاء می شود، افزایش غلظت های اکسید شده CCO و ATP ناشی از tPBM در نورون ها ممکن است به طور بالقوه منجر به تغییرات الکتروفیزیولوژیکی شود. علاوه بر این، با توجه به یافته‌های مطالعات قبلی ما، پاسخ‌های همودینامیک و متابولیک موضعی به عنوان پاسخ به tPBM در قشر پیش پیشانی راست گزارش می‌شوند. با این حال، هنوز ناشناخته است که آیا tPBM به دلیل اتصال عصبی، پاسخ‌های الکتروفیزیولوژیکی دیستال/جهانی را القا می‌کند یا خیر. تا به امروز، تنها چند مطالعه in vivo تغییرات الکتروفیزیولوژیکی ناشی از tPBM را بررسی کرده اند. 16،23 هدف اصلی این مطالعه تعیین این بود که آیا tPBM دامنه ریتم های قشر مغز انسان را همانطور که توسط EEG پوست سر قبل، در طول، اندازه گیری می شود، تعدیل می کند یا خیر. و بعد از tPBM.

EEG پوست سر یک اندازه گیری زمان حل شده از فعالیت سیناپسی کل در میلیون ها سلول در قشر مغز زیرین است. EEG اغلب با تحریک مغز ترکیب شده است [به عنوان مثال، تحریک جریان مستقیم ترانس کرانیال و تحریک مغناطیسی ترانس جمجمه ای (TMS)]) برای مطالعه مکانیسم های تکنیک های نورومدولاسیون. 24-26 مدولاسیون در فعالیت آلفا (8 تا 13 هرتز)، بتا ( ریتم های 13 تا 30 هرتز) و گاما (30 تا 70 هرتز) برای مدت طولانی با عملکرد شناختی و حالات مغز مرتبط بوده است. علاوه بر این، انواع مختلفی از tPBM (با استفاده از LED در طول موج های بین 800 تا 850 نانومتر یا لیزر در 1064 نانومتر) برای تقویت عملکردهای شناختی انسان، مانند حافظه کاری، توجه پایدار، یادگیری مقوله‌ای و مهارت‌های اجرایی گزارش شده است. 8،10،11،13-16،30

تا جایی که ما می دانیم، مطالعات کمی تغییرات توان طیفی EEG را در پاسخ به آن گزارش کرده اند