Kristian Hämäläinen
Taustaa
Näkökykyä haittaavien ongelmien, esimerkiksi glaukooman, retinopatian ja traumaattisten vaurioiden aiheuttamia näkökyvyn ongelmia pystyy palauttamaan jossain määrin elektronisella stimulaatiolla. Näkökyvyn menetettäessä joillain hermokudoksen alueilla osa neuroneista voi olla täysin tuhoutuneita ja joillain alueilla osa neuroneista voi toimia, vaikka ympäristö olisikin tuhoutunutta. Aivot kuitenkin "ohittavat" nämä vähäiset toimivat neuronit, koska ne eivät voi tuottaa samankaltaista toimivuutta kuin normaali hermokudos. Toisin sanoen aivot keskittyvät eheisiin alueisiin ja laiminlyövät osittain vahingoittuneet alueet. Stimulaatiossa saadaan aikaiseksi aktiviteettia osittain tuhoutuneilla alueilla. (Wart 2016.)
Sähkövirtaa alueille johtamalla kudos saa enemmän verta ja pyytää neuroneita lähettämään impulsseja taas. Nämä toimivat neuronit tuhoutuneilla alueilla vahvistuvat stimulaation myötä ja osittain tuhoutunut kudos pystyy "kilpailemaan" normaalin kudoksen kanssa aivojen huomiosta; aivot eivät enää ohita kyseisiä alueita. (Wart 2016.) Suurimmat hyödyt stimulaatiossa saavat nimenomaan osittain vaurioituneet näköalueet, mutta "absoluuttisen" sokeuden alueilla hyötyjä voi myös havaita (Sabel et al. 2011).
Silmien sairauksien hoitoon ensimmäisiä kertoja sähköstimulaatiota kokeiltiin vuonna 1873. Kuitenkin vasta 1900-luvun lopulla ja 2000-luvun alussa Nitsche ja Paulus toimivat uranuurtajina epäinvasiivisen sähköisen neurostimulaation parissa. Sähköinen neurostimulaatio toimii kolmella tavalla: se 1) käyttää aivojen plastisuutta hyväkseen (myös Wart 2016), 2) suojaa neurokudosta leesioiden jälkeen ja 3) uudelleenaktivoi trauma-alueen selviytyneitä neuroneita. Neuronit pystyvät vastaamaan ulkoa tulevaan sähköstimulaatioon ja synkronoitumaan sähkösignaalin ja ympäristönsä kanssa; tämä luo uusia hermoyhteyksiä vahingoittuneilla alueilla. (Rahmatmetnejad et al. 2016.)
Toimintamekanismi
Stimulaatiota voidaan toteuttaa kolmella eri tavalla: transcorneaalisesti, transorbitaalisesti ja transcraniaalisesti; ja joko tasa- tai vaihtovirtaa käyttämällä. Tasavirtastimulaatio "näyttelee" spontaania hermosolutoimintaa polaarisuuden mukaan ja vaikuttaa spesifeihin alueisiin, jotka vuorostaan hermoverkostossa jatkuvat ikuisuuksiin rakentaen hermoyhteyksiä. Vaihtovirta taas suoranaisesti estää meneillään olevat oskillaatiot aivoissa ja pakottaa neuronit aktivoitumaan. (Rahmatmetnejad 2016.)
Transorbitaalinen (repetitive transorbital alternating current stimulation, rtACS)
Tätä muodota käytetään näköhermojen leesioiden ja silmänpohjan rappeuman hoidossa. Neljä stimuloivaa elektrodia laitetaan silmien ylä- ja alapuolille. Silmiä pidetään kiinni ja useita heikkoja sähkövirtoja ammutaan 2-12 pulssin joukkoina. Hoitomuodolla voidaan saada parannusta näkökykyyn yli kahden kuukauden ajan. (Rahmatmetnejad 2016.)
Kuva 1. Transorbitaalinen stimulaatio © savir-center.com
Transcraniaalinen (transcranial direct current stimulation therapy, tDCS)
Transcraniaalista hoitomuotoa käytetään traumaattisten aivovammojen ja diabeettisen neuropatian hoitoon. Myös amblyopian hoidossa on huomattu positiivisia tuloksia. Hoidossa käytetään tasavirtaa, joka johdetaan aivoihin nesteytettyjen sienimäisten elektrodien kautta. (Rahmatmetnejad 2016.)
Kuva 2. Transcraniaalinen stimulaatio © savir-center.com
Transcorneaalinen (Transcorneal electrical stimulation, TES)
Hoitoa voidaan erityisesti käyttää näköhermon traumaattisten vaurioiden aikaiseen hoitoon, retinaalisten viejähaarakkeiden degeneraation estämiseen ja silmän gangliosolujen suojaamiseen iskeemisissä tilanteissa. Hoitokohteita ovat myös Stargardtin tauti, Bestin dystrofia ja useat optiset neuropatiat. Hoidossa silmään laitetaan piilolinssi, johon johdetaan sähkövirtaa kasvavalla voimalla, kunnes potilas "näkee tähtiä". (Rahmatmetnejad 2016.)
Kuva 3. Transcorneaalinen stimulaatio © Oxford Biomedical Research Centre
Riskit ja turvallisuus
Neurostimulaatio kyseisillä menetelmillä ei ole invasiivinen ja on yleisesti turvallinen hoitomenetelmä. Sähkövirrat, joissa liikutaan, ovat mikroampeeri-tasoa (µA). Vaarallinen virta voi olla yli 30mA ja hengenvaarallinen yli 50mA (Helsingin yliopisto 2016). Eläinkokeissa harvinaisissa tapauksissa verkkokalvo on voinut irrota tai degeneroitua, voinut ilmentyä pinnallista keratopatiaa (sarveiskalvon sairaus) tai kovakalvon penetraatiota. Ihmisillä on havaittu ohimenevää pinnallista neuropatiaa, mutta suuremmilta komplikaatioilta ollaan vältytty. (Rahmatmetnejad 2016.)
Kuva 4. Hoitotuloksia diabeettisen retinopatian ja glaukooman hoidossa. Vaaleat kohdat = näkökykyä, tummat kohdat = ei näkökykyä. © savir-center.com
Neurostimulaation tulevaisuudennäkymät näön korjauksessa
Epäinvasiivisena, toistettavana ja vähäisillä sivuvaikutuksilla sähköinen neurostimulaatio voi olla yksi hoitomenetelmä useisiin silmätautiopin sairauksiin. Varsinkin sellaisille potilaille, joilla näkökykyä vielä on jonkin verran jäljellä, neurostimulaatio voi olla varteenotettava hoitovaihtoehto. (Wart 2016 & Rahmatnejad 2016.) Joillekin potilaille sähköstimulaatiohoidoista ei ole yhtä suurta hyötyä kuin toisille (Sabel 2011). Neurologian tutkimuksen buumi on mahdollistanut sähköisen stimulaation käytettävyyden monissa erilaisissa menetelmissä, esimerkiksi apraksian ja motoristen ongelmien hoidossa. (Wart 2016 & Rahmatnejad 2016). Tutkimusta epäinvasiivisesta sähköstimulaatiosta löytyy ja sitä varsinkin neurologisessa kuntoutuksessa käytetäänkin, mutta silmätautioppiin liittyviä tarpeeksi suuria ja randomisoituja kliinisiä tutkimuksia ei vielä ole tehty tarpeeksi varsinkaan pitkällä seurantavälillä. Tämän lisäksi vaihtoehtoinen magneettistimulaatio voi olla varteenotettavampi hoitokeino etenkin aivokuoren näköalueiden ongelmiin (katso Massachusetts General Hospital 2016). (Rahmatnejad 2016.)
Lähteet:
Rahmatnejad, Kamran - Ahmed, Osama M. - Waisbourd, Michael - Katz, L. Jay. 2016. Non-invasive electrical stimulation for vision restoration: dream or reality? Expert Review of Ophthalmology 11:5. 325-327.
Sabel, Bernhard A. - Fedorov, Anton B. - Naue, Nicole - Borrman, Antonia - Herrmann, Cristoph - Gall, Carolin. 2011. Non-invasive alternating current stimulation improves vision in optic neuropathy. Restorative Neurology and Neuroscience 29. IOS Press. 493-505.
Massachusetts General Hospital. 2016. Magnetic stimulation: more precise, reliable activation of neural circuitry. Medica Magazine.
Wart, O. 2016. Electrical Stimulation: Using Electrical Pulses to Combat Blindness. Interview with Prof. Bernhard A. Sabel, Institure of Medical Psychology, Otto-von-Guericke University Magdeburg, Germany. Medica Magazine.
Helsingin yliopisto. 2016. Sähköturvallisuus fysiikan opetuksessa. Fysiikan laitos, opettajien laboratoriokurssit.