Lékaři rozezněli neurony. Jejich „řeč“ pomáhá chirurgům orientovat se v mozku

Výše popsaná léčba ovšem není jedinou, při které se ve snaze pomoci pacientovi se závažnými projevy nemoci využívá stimulace centrální nervové soustavy. V ČR lékaři více než dvě desítky let stimulují elektrickými pulsy také hluboké struktury mozku. Aby se dvěma elektrodami dostali přesně tam, kam potřebují, naučili neurony „mluvit“. A budoucnost této léčby nejspíš spočívá také v tom, že se část mozkových buněk naučí také „vidět“.

Přečtěte si také:

Může covid způsobit epidemii Parkinsonovy nemoci? Pro hovoří tři zkušenosti

Řeč o stimulaci hlubokých mozkových struktur byla na panelové diskuzi s názvem Medialogy, kterou na začátku listopadu pořádala 1. lékařská fakulta Univerzity Karlovy (LF UK).

Co je hluboká mozková stimulace a kde se používá

Terapie, které přechází trvalé vložení dvou elektrod do mozku, se nazývá hluboká mozková stimulace. V Česku se používá od 90. let. Pracovištěm, kde ji zavedli jako první, byla Neurologická klinika 1. LF UK, a to ve spolupráci s Nemocnicí Na Homolce. „Prvního pacienta jsme implantovali v roce 1998. V současné době odhadujeme počet těch, kteří zákrok podstoupil v celé ČR, až na 2000,“ říká neurolog Robert Jech, jenž pod 1. LF UK a Všeobecnou fakultní nemocnicí (VFN) vede Centrum pro intervenční terapii motorických poruch (i-TEMPO).

Hluboká mozková stimulace je určena k léčbě některých neurologických onemocnění. Mezi ně patří především Parkinsonova nemoc, epilepsie nebo stavy spojené s třesem či dystonií, tedy mimovolními svalovými křečemi či stahy vedoucím k nekontrolovatelným kroutivým či škubavým pohybům a neobvyklým polohám těla. Zřídka se tato metoda využívá při potlačení projevů Tourettova syndromu.

V současné době ji kromě VFN a Homolky u pacientů používají další dvě pracoviště, a to Neurochirurgická a neuroonkologická klinika 1. LF UK ve spolupráci s Ústřední vojenskou nemocnicí v Praze a 1. neurologická klinika LF Masarykovy univerzity ve spolupráci s FN u sv. Anny v Brně.

Operace trvá hodiny, ale mozek při ní nebolí

Než mohou lékaři metodu použít, musí chirurg do hloubi mozku pacienta vložit dvě elektrody. Ty mají podobu dvou velmi tenkých, pružných tyčinek se zakončením z platiny. Jejich voperování do vybraných jader trvá 4 až 6 hodin.

Lékaři je na místo určení vkládají dvěma otvory o průměru 14 mm. Do lebky je udělají zpravidla při lokálním znecitlivění a za použití tzv. stereotaktického rámu, který fixuje hlavu pacienta. „Celková anestezie není třeba, protože mozek je tkáň, která nebolí,“ vysvětluje Robert Jech, jenž vede kromě i-TEMPO i Neurologickou kliniku 1. LF UK a VFN.

Po 48 hodinách od vložení elektrod lékaři pacientovi pod klíční kost ještě voperují neurostimulátor, tedy generátor elektrických pulzů. Jde o menší krabičku, která může vzhledem připomínat kardiostimulátor. Operuje se do podkoží a je propojen dráty s elektrodami. V této části operace je pacient již v celkové anestezii.

Proč lékaři naučili neurony „mluvit“

Umístění elektrod musí být v mozku velmi přesné, neboť na tom záleží úspěch léčby. Neurochirurg přitom skrze malý otvor cílí na konkrétní místo v oblasti velké jako zrnko rýže, které ovšem sám nevidí. Trefit se tam je tedy obtížné, ačkoliv před operací tým zdravotníků určí souřadnice i hloubky bodů, do kterých je třeba elektrody zavést. Ale ani to, ani magnetická rezonance použitá přímo při chirurgickém zákroku k co nejdokonalejší přesnosti nestačí.

Přečtěte si také:

Profesor Kašpárek: Hledáme místa v mozku, která souvisí s psychikou

Odborníci proto vyvinuli metodu, která umístění elektrod usnadňuje. Naučili neurony „mluvit“. Tedy přesněji řečeno převedli jejich elektrickou aktivitu do zvuků. A naučili se zvuky rozlišovat, protože buňky mozku „nemluví“ stejně. Neurochirurg ví, který zvuk značí, že je v potřebné oblasti ve vnitřním pallidu či subtalamickém jádru. A také slyší, když neuron zasáhne aplikační jehlou.

„Signály, které neurony vysílají mezi sebou, převádíme na operačním sále do zvuku a následně je posloucháme pokročilými elektrofyziologickými metodami,“ popisuje Robert Jech. A přirovnává orientaci v mozku za pomoci zvuků k cestování. „Je to jako projíždět státy Evropy. V každém se mluví jiným jazykem a to, kde jsme, se dozvíme tím, že se dostaneme na autobusovou zastávku, stáhneme okénko u auta a posloucháme, jakou řečí tam lidé mluví. Když slyšíme češtinu, z toho usoudíme, že jsme v Česku. A stejný způsob používáme při hledání mozkových jader, která jsou velmi malá,“ dodává lékař. „Když uslyšíme správně hovořící neurony, víme, že jsme na ‚správné adrese‘,“ dodává.

Co přesně zvuky znamenají, zatím lékaři nevědí, protože jejich „řeči“ nerozumí. „Víme jen to, obrazně řečeno, že čeština je jiný jazyk než třeba němčina. A že ta čeština se objeví v mozku o pár milimetrů níže než němčina. To nám pomáhá vytvořit mapu a zakreslit do ní místa, kam neurochirurg elektrodu zavede,“ podotýká Robert Jech.

Přečtěte si také:

Čeští vědci vyvinuli diagnostiku Parkinsonovy nemoci z mimiky a hlasu

Metoda funguje jako zapnutí televize

Po operaci mozku a implantaci neurostimulátoru následuje zhruba tří- až pětidenní hospitalizace. Později pacient navštěvuje ambulanci, v níž lékaři zhruba po měsíci od chirurgického zákroku začnou s hlubokou mozkovou stimulací. To znamená, že během čtyřhodinové návštěvy nastaví určitou frekvenci pulzů a následně léčbu ladí dalšího třeba i půl roku.

Metoda funguje tak, že elektrostimulátor vysílá prostřednictvím elektrod do mozku krátké elektrické pulsy. „Mají 130 hertzů a každý trvá 60 mikrosekund. Jde tedy o rychlé malé šlehnutí,“ uvádí neurolog. I tato malá intenzita stačí, aby přístroj přehlušil část vlastní činnosti mozku. Ten proto nedostává na výběr a de facto musí poslechnout to, co mu vnutí elektrody. Proto lékaři považují metodu za razantní zásah do funkce pacientova organismu.

Výsledkem stimulace je „přeprogramování“ některých funkcí mozku. „Efekt terapie (tj. hluboké mozkové stimulace, pozn. red.) je založen na schopnosti měnit komunikaci mezi různými oblastmi mozku, které se podílejí na vzniku příznaků konkrétní nemoci,“ uvádí neurologická klinika VFN na webu pracoviště i-TEMPO. 

Se stimulací je u pacientů počítáno doživotně. Elektrody na to mají dostatečnou životnost. Pokud jsou špatně umístěny, lze mozek reoperovat. Bezdrátově dobíjený neurostimulátor vydrží v těle zhruba 20 let, poté pacienta čeká nová operace, ale jen v oblasti hrudníku.

Ovlivní projevy nemoci, nikoliv vývoj

Cílem léčby je zbavit pacienta neovladatelných pohybů, třesu, ztuhlosti nebo křečí, které postihují ruce, nohy, šíji i trup. Pacienti často před stimulací mozku neudělají kvůli potížím ani krok. Operace jim ale s hybností dokáže výrazně pomoci a tím nemocného, obrazně řečeno, vrací v čase o několik let zpět, kdy jej nemoc ještě tak výrazně nelimitovala.

Hosty panelové diskuze s názvem Medialogy byli neurologové (zleva) doc. Petr Dušek, prof. Milan Brázdil a prof. Robert Jech. Akci moderoval Daniel Stach.

Autor: 1. LF UK/Olga Bražinová

Účinek hluboké mozkové stimulace se projevuje podobně jako léky, jen na rozdíl od nich přichází okamžitě. „Při správném umístění se krátce po zapnutí neurostimulátoru dostaví efekt v podobě zrychlení pohybů, vymizení třesu a rigidity končetin,“ popisuje profesor Jech.

Pro pacienty tedy může být hluboká mozková stimulace značnou úlevou, nicméně efekt trvá pouze po dobu, kdy mozek dostává pokyny z neurostimulátoru. Pokud jej pacient či lékař vypne, příznaky nemoci se vrací zpět. „Je to jako byste si zapnuli a vypnuli televizi. Když stimulátor zapnete, pacient jako kdyby nemoc neměl, když ho vypnete, za pár minut se stane opět parkinsonským,“ podotýká k efektu lékař.

Hluboká mozková stimulace nedokáže nemoc vyléčit ani zastavit její vývoj a progresi. „Například u pacientů s Parkinsonovou nemocí se tak po určité době mohou vyskytnou příznaky, na které tato léčba není účinná. Patří mezi ně mj. poruchy chůze a zhoršení posturální stability (vede k potížím s rovnováhou, pozn. red.), potíže s polykáním a rozvoj kognitivního deficitu,“ uvádí se u popisu metody na webu i-TEMPO.

Metodu použili i u pětiletého dítěte

K přímé stimulaci mozku lékaři přistupují až po vyčerpání možnosti ztlumit příznaky nemoci léky. Stává se totiž, že lék užívaný např. na Parkinsonovu nemoc zpočátku účinkuje i šest hodin, ale po čase jej musí pacient brát každou hodinu, nebo účinnost zcela ztrácí. Proto hlubokou mozkovou stimulaci lékaři provádí s časovým odstupem od okamžiku určení diagnózy. „Například u Parkinsonovy nemoci operace přichází zpravidla ve středně pokročilém stadiu onemocnění, tedy zhruba po sedmi letech trvání nemoci,“ popisuje Robert Jech.

To ale nutně neznamená, že zákrok se týká jen seniorů. Uvedená Parkinsonova nemoc má i variantu, která se ohlašuje před 40. rokem života. „U mladších pacientů nemoc progreduje daleko rychleji, proto mají z hluboké mozkové stimulace větší benefit,“ doplňuje lékař. Mladší ročníky jsou pro hlubokou mozkovou stimulaci vhodnější i proto, že trpí menším množstvím přidružených chorob a také mají jiné příznaky samotného Parkinsona. U seniorů je tato nemoc více spojena např. s demencí, která použití hluboké mozkové stimulace vylučuje.

U jiných diagnóz ale může být situace, co se týká věku pacienta vytipovaného pro hlubokou mozkovou stimulaci, jiná. Například při projevech dystonie lékaři operují i nejmenší děti. Nejmladší pacient, který využívá mozkovou stimulaci, měl v době operace pět let.

Nechtěné vedlejší účinky

I přes výhody je hluboká mozková stimulace většinou až záložní variantou léčby. Proč? Jde o složitý chirurgický zákrok, u kterého pacient musí přijmou to, že mu lékař zasahuje do mozku při jeho plném vědomí. Navíc z něj vyplývají rizika, jež ho mohou stát život. Patří mezi ně třeba krvácení do mozku nebo infekce. Pacienti také uvádějí, že po zahájení stimulace došlo k nárůstu jejich tělesné hmotnosti, zhoršení řeči nebo zhoršení výsledků v neuropsychologických testech.

Důsledkem nepřesného umístění elektrody u pacientů s Parkinsonovou nemocí je také například zvýšený sklon k demenci nebo depresi. Protože ale lékaři dnes již o tomto nežádoucím účinku vědí a jsou schopni zmapovat dráhy, které jsou za depresi zodpovědné, dokážou tuto situaci řešit. Pacienta si pozvou a neurostimulátor bez nutnosti další operace přeprogramují tak, aby mozek depresi „neviděl“. „Toto jsme ještě před pěti lety neuměli,“ upozorňuje na pokrok Robert Jech.

Přeprogramování se děje prostřednictvím tabletu vybaveného speciálním softwarem. Ten na dálku komunikuje s neurostimulátorem voperovaným v hrudníku, který vysílá signály dráty v podkoží do elektrod v mozku. Ovlivňování neurostimulátoru je přitom velmi flexibilní. „Když to hodně zjednoduším, je to jako v autoservisu, kde ladíte chod vozu tím, že někde něco přitáhnete a jinde zase povolíte. Takže do činnosti neurostimulátoru můžeme někdy až mechanisticky vstupovat a ovlivňovat aktivitu mozku přes některé konkrétní kontakty v elektrodě,“ podotýká neurolog.

Léčba může přinést svatbu, anebo taky rozvod

Se zákrokem v mozku se pojí také jisté etické otázky. Tedy ty, které řeší, kam až se může medicína pustit, aby člověku zcela nepozměnila charakter nebo jeho schopnosti. A to ať už záměrně, či omylem.

Signál vysílaný skrze elektrody do mozkového jádra se z něj šíří dál a ovlivňuje celý pacientův motorický systém. „Pokud ta elektroda není umístěna optimálně, do ovlivňovaných okruhů se zapojí i ty kognitivní a my stimulací můžeme ovlivňovat třeba náladu. Nebo pozměňovat některé záležitosti, které souvisí s pamětí pacienta. Tomu se ale chceme vyhnout,“ popisuje Robert Jech.

Léčba může mít ovšem i jiné nechtěné podoby. „Někdy přináší důsledky v podobě rozvodů nebo svateb,“ popisuje profesor Jech. Jsou situace, kdy partner pacienta např. s Parkinsonovou chorobou naváže vztah s někým jiným. V případě účinné léčby se ale pacient do původního vztahu chce vrátit, takže vzniká partnerský trojúhelník, který může mít výše popsaná vyústění a který může zasahovat do vztahů celé pacientovy rodiny.

Novinky v hluboké mozkové stimulaci

Ačkoliv vkládání elektrod do mozku již nepatří mezi novinky neurochirurgie, tato metoda se stále vyvíjí. I proto, že za léta, kdy ji lékaři provádí, jsou „moudřejší“. „Nyní už víme, že mozek není radno neustále stimulovat. Tedy nepřetržitě do něj vysílat informace, které třeba ani úplně nepotřebuje a neví si s nimi rady,“ popisuje Robert Jech. Je proto snaha o to, aby léčba byla k mozku šetrnější.

V roce 2021 čeští lékaři začali pacientům voperovávat elektrody a neurostimulátory nové generace. Jde o přístroje, které dokáží svoji aktivitu přizpůsobovat potřebám mozku. Jinak řečeno, mozek si sám určí, kdy stimulaci potřebuje a kdy ne. V tom prvním případě si sám spustí neurostimulátor a krátké elektrické pulsy. „Stimulátor nahrává aktivitu mozkového jádra a učí se ji rozpoznávat tak, aby dokázal poslouchat to, co mu říká mozek,“ popisuje přednosta Neurologické klinky 1. LF UK a VFN. Je to možné díky principu umělé inteligence – technologie při ní vyhodnocuje své dosavadní fungování a dokáže se z něj poučit, poupravit svou činnost, a tedy i pracovat efektivněji.

Zatím jde ale jen o teoretickou vlastnost, protože v praxi ji lékaři dosud u neurostimulátoru neumožnili využít. „Momentálně se učíme ty strojky učit. To znamená, že se díváme na to, jak by stimulátory reagovaly na konkrétní podněty z mozku. Ony nám nanečisto říkají, co by dělaly a my je kontrolujeme. Zatím ale nedostaly právo se samy rozhodovat a samy mozek stimulovat,“ vysvětluje Robert Jech. Nová technologie vyjde na zhruba 750 tisíc korun a zákrok včetně elektrod a neurostimulátoru plně hradí zdravotní pojišťovna.

Operace je spojena s výzkumem

Podobné zákroky, při kterých se chirurg pohybuje přímo v mozku, nejsou nijak četné. Navíc o mozku toho medicína stále mnoho neví. Lékaři proto příležitost se souhlasem pacienta využívají k tomu, aby se v hlavě „porozhlédli“ a zjistili některé vlastnosti mozku. Kvůli výzkumu několikahodinovou operaci nemusí lékaři nijak výrazně prodlužovat. Aby se o něm dozvěděli něco nového, stačí jim třeba i 15 minut navíc.

„Nedávno jsme v něm třeba objevili neurony, kterým pracovně a v uvozovkách říkáme veselé a smutné. Jsou to buňky vykazující elektrickou aktivitu při prožívání emocí,“ vysvětluje Robert Jech.

Přečtěte si také:

Digitální média mění mozek. Klíčová slova hledáme i v románu

S veselými a smutnými neurony se lékaři mohli setkat proto, že pacient je při operaci při vědomí, řeší různé úkoly a spolupracuje se zdravotníky. Mezi ně patří i to, že pacientovi ukáží fotografii spojenou s nějakým emotivním nábojem. Například scénu, ve které hraje roli matka a malé dítě. „Má emoční doprovod a pacient je schopen jej pojmenovat,“ upřesňuje lékař. Odborníky zajímá nejen to, zda je emoce pacienta pozitivní, či negativní, ale také to, jak intenzivně ji pacient prožívá. „Víme, že aktivita jeho mozku se ztlumí nebo zintenzivní v kontextu toho, co zrovna vidí, a s tím pracujeme,“ popisuje lékař.

Tímto výzkumem lékaři zjistili, že v mozkových jádrech, kam elektrody vkládají (tzv. vnitřní pallidum či subtalamické jádro), je neuronů vykazujících aktivitu při emocích 17 procent. V dalších strukturách, kterými prochází před umístěním elektrod, ale nejsou žádné.

Výzkum je důležitý pro přesnější vedení chirurgovy ruky. „Veselým a smutným neuronům se chceme vyhnout, tedy je při zákroku nepoškodit,“ vysvětluje Robert Jech.

Světlo místo elektřiny

S pokrokem souvisí i rozvoj nové léčby. Robert Jech je přesvědčený, že mozková stimulace se neukáže jako slepá cesta. Může se ale stát, že elektrické pulsy v budoucnu u ní nahradí světlo.

Tento typ stimulace vědci nyní testují na zvířatech. „V oku máme světločivné pigmenty, díky nim jsme schopni vnímat barvy. A my dnes již víme, že se do stěny neuronu dají propašovat světločivné proteiny. Virovým vektorem (tj. virem upraveným tak, aby sloužil jako nosič určité informace) selektivně některé neurony nakazíte a tím jim dodáte program, jak si vyrobit světločivnost. Tím se z neuronů stanou buňky, které ‚vidí‘, tedy reagují na světlo,“ popisuje Robert Jech.

Přečtěte si také:

Schizofrenie se ohlásí předem, mozek dokáže změnit více než demence

Jak ale tuto vlastnost využít, když uvnitř lebky je tma? „Světlo do mozku přivedete optickým vláknem, které je tenčí než současně používané kabely. Díky světlu bychom pak mohli při stimulaci ovládat pouze ty neurony, jež nesou světločivný pigment. Nikoliv ty ostatní,“ dodává Robert Jech. Výhodou takové metody by tedy bylo, že by nedocházelo k ovlivnění jen nezbytných struktur mozku, což by vedlo k nižším rizikům spojeným s nežádoucími účinky hluboké mozkové stimulace.

V ČR se zatím testování optického vlákna v mozku nedělá, ale mělo by se to brzy změnit, a to v rámci nového projektu nazvaného Národní ústav pro neurologický výzkum. V jeho případě nejde o nové pracoviště postavené třeba na zelené louce, ale o intenzivnější vztahy mezi institucemi, které už fungují. Národní ústav pro neurologický výzkum propojuje 11 českých vědeckých a medicínských pracovišť. Projekt byl spuštěn v červenci, probíhat bude tři a půl roku a je podpořený dotací bezmála 590 milionů korun.

Odborná spolupráce

Prof. MUDr. Robert Jech, Ph.D.

Přednosta Neurologické kliniky 1. lékařské fakulty UK a VFN, vedoucí Centra pro intervenční terapii motorických poruch (iTEMPO) a člen výboru České neurologické společnosti ČLS JEP.