Хроническая боль — боль, которая не проходит длительное время (обычно говорят о трех месяцах). Она по праву считается одной из самых серьезных и трудных медицинских проблем. По разным оценкам, хронической болью страдают до 30 процентов людей во всем мире. Многие из них пробуют традиционные обезболивающие или физиотерапию, но такие методы приносят облегчение далеко не каждому. 

При переходе острой боли в хроническую происходят нейропластические изменения — изменяются процессы в спинном и головном мозге. Боль перестает быть только реакцией на травму и может продолжаться даже когда ткань уже зажила.

У людей с длительной болью сканы показывают, что меняется не только «место» боли, но и целые сети мозга — например, сети, связанные с внутренними мыслями, вниманием и эмоциями. Это означает, что боль «встраивается» в те части мозга, которые отвечают за память, настроение и внимание: человек чаще думает о боли, хуже концентрируется и сильнее тревожится.

Одно из перспективных направлений в лечении хронической боли — глубокая стимуляция мозга. Методика предполагает вживление электродов в определенные зоны мозга для их электрической стимуляции. Однако у этого подхода есть серьезный недостаток — нестабильность результатов. Врачи воздействуют на одни и те же области мозга для всех пациентов, используя универсальный протокол. Но природа хронической боли индивидуальна для каждого человека. Из-за этого многим пациентам метод не приносил облегчения, а ученые искали способы повысить его эффективность.

Статья по теме: По активности мозга можно предсказать, станут ли незнакомцы друзьями

Команда американских исследователей под руководством Прасада Ширвалкара (Prasad Shirvalkar) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско решила проверить новый подход — индивидуальную настройку стимуляции. Для этого ученые пригласили шестерых добровольцев с хронической болью, которую не удавалось снять другими методами.

На первом этапе всем участникам провели сложную процедуру интракраниальной электроэнцефалографии. В их мозг временно имплантировали электроды, которые в течение 10 дней считывали активность и одновременно стимулировали 14 различных зон. Это позволило составить детальную карту мозговой активности, связанной с болью.

Для пятерых участников ученые смогли точно определить мишень для воздействия — конкретные области мозга, стимуляция которых приносила максимальное облегчение. Шестой участник  не почувствовал значительного облегчения, но отметил, что ему стало легче двигаться. После многих лет мучений он наконец-то смог впервые обнять жену. Этот значимый результат убедил исследователей перевести его на второй этап эксперимента наравне с остальными.

Статья по теме: В мозге взрослого человека нашли новые нейроны

Следующим шагом стало создание умной системы распознавания боли. С помощью алгоритмов машинного обучения ученые научили систему отличать паттерны мозговой активности, соответствующие высокому и низкому уровню боли у каждого добровольца. Затем всем участникам вживили уже постоянные системы для глубокой стимуляции мозга. 

Эти устройства работали по принципу замкнутого цикла — они постоянно мониторили активность мозга в реальном времени и автоматически начинали подавать оптимальный стимулирующий импульс в нужную точку, как только фиксировали начало болевого эпизода. Ночью во время сна пациента система самостоятельно отключалась.

После полугода тонкой калибровки и настройки параметров для каждого человека началась ключевая стадия испытаний. Она длилась шесть месяцев и была двойной слепой. Пациенты получали либо настоящую персонализированную стимуляцию, либо слабую стимуляцию в другие зоны мозга. Никто из участников не знал, какая именно программа у него работает.

Результаты превзошли ожидания. В периоды реальной стимуляции ежедневная интенсивность боли у пациентов в среднем снижалась на 50 процентов. В периоды плацебо-воздействия боль, напротив, усиливалась в среднем на 11 процентов. 

Кроме того, эксперимент позволил понять, стали ли пациенты активнее после снижения интенсивности хронической боли. Во время работы умного импланта ежедневная физическая активность пациентов, измеряемая в шагах, возрастала на 18 процентов. В периоды фиктивной стимуляции этот показатель рос лишь на один процент.

Статья по теме: Как изучение мозга младенцев изменило представление ученых о сознании

Участники также отметили значительное улучшение психологического состояния. Симптомы депрессии стали менее выраженными, а боль гораздо меньше мешала им выполнять повседневные дела. Самое главное — все достигнутые положительные эффекты оказались устойчивыми. При наблюдении за пациентами в течение 3,5 лет ученые зафиксировали сохранение результатов.

Британский нейротехнолог Тим Денисон (Tim Denison) из Оксфордского университета высоко оценил работу своих коллег. Он назвал исследование крайне важным и отметил грамотное использование самых современных инструментов. По его словам, главной проблемой классической глубокой стимуляции мозга было привыкание — мозг со временем адаптировался к постоянным импульсам, и эффективность терапии резко падала. В данном случае положительный эффект, вероятно, связан с адаптивным характером стимуляции. Имплант включается только в ответ на боль, а не работает в фоновом режиме постоянно.

В ближайшее время команда Ширвалкара собирается проверить, действительно ли «умная» стимуляция (которая включается только при боли) лучше, чем старая схема с постоянными импульсами. В случае положительного результата авторы исследования собираются усовершенствовать метод — сделать технологию проще и безопаснее. Главная цель — добиться того, чтобы для лечения не требовались сложные операции на мозге.

Отметим, к выводам ученых следует относиться с осторожностью. В эксперименте участвовали всего шесть человек. На такой группе нельзя сделать окончательные выводы о том, что метод сработает у всех пациентов. Кроме того, пока имплант требует хирургической операции на мозге. Это дорого, рискованно и недоступно большинству людей.

Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться в статье, опубликованной на сайте научных работ по медицине medRxiv.org.