Nöromodülasyon: implante edilebilen veya edilemeyen olmak üzere iki türlü olmakla birlikte sinir sistemi hastalıklarının tedavisinde nöral etkileşimli ara yüzlerin,merkezi ve/veya periferik sinir sisteminde hedeflenmesi; belirli bir bölgeye uygulanacak elektriksel, manyetik, ultrasonik, kimyasal bir uyaranın, o bölgedeki sinirsel aktiviteyi düzenlemesi veya bozulmuş sinirsel aktivitenin verilen uyarıyla birlikte kontrol altına alınması anlamına gelir. Spinal kord stimulasyonu, dorsal kök stimulasyonu, periferik sinir stimulasyonu, intratekaldepo ilaçlar, derin beyin stimulasyonu, motor korteks stimulasyonutranskutaneal elektriksel sinir stimulasyonu ve Vagal sinir stimulasyonu nörolojik hastalıklarda kullanılan nöromodülasyon teknikleridir[1].

Günümüzde en sık kullanılan nöromodülasyon yöntemi elektrik tabanlı stimülasyon olmakla birlikte, nanopartikül tabanlı, ses kullanılarak uygulanan veya biyolojik nöromodülasyon tekniklerinden olan optogenetik modülasyon (ışık tabanlı) yöntemlerinin de sinir sistemi hastalıkları tedavisinde kullanılabilinmektedir. Elektriksel nöromodülasyon tekniğinin başında bulunan derin beyin stimülasyonu (DBS) özellikle Parkinson hastalığı (PH) ve diğer bazı nöral hareket bozukluklarının tedavisinde günümüzde sıklıkla kullanılmaktadır. PH günümüzde dünya üzerinde sıkça görülen Alzheimer, Huntington gibi nörodejeneratif (beynindeki nöronların yapılarını etkileyen) bir hastalıklardır. Hastalığın patofizyolojisinde genetik yatkınlık, doğumsal nedenler, toksik-kimyasal ajan maruziyeti vb. birçok farklı mekanizmaların ortaya çıkmasına rağmen, günümüzde kabul gören en geçerli sebep nigro-striatal sistemdeki dopamin üreten nöronların sayı ve aktivitelerinin azalmasıdır. Genetik geçişli PH’na sahip insanlarda çok daha erken yaşlarda belirtiler ortaya çıkmaktadır[2].

Obsesif kompülsif bozukluk, Tourette sendromu gibi bazı psikiyatrik hastalıklarda, bağımlılık, huntigton, epilepsi ve benzeri hastalıklarda seçilmiş vakalar üzerinde Dünya genelinde beyin implantlarının kullanımı oldukça yaygınlaşmaktadır. DBS’nin kesin fizyolojik mekanizmaları henüz tam olarak anlaşılamamış olsa da elektrodun yerleştiği nöronal hücre gövdelerinin ve yakınlarından geçen aksonların uyarılması ve / veya inhibisyonu yoluyla çalıştığı düşülmektedir. Bu ödev kapsamında da sıkça bahsedilen beyin implantı DBS sistemi temel olarak üç yapıdan oluşur. Bunlar beyin içerisinde hedeflenen bölgelere yerleştirilen kalıcı beyin elektrotları, nörostimülatör (güç kaynağı,pil) ve bu ikisinin arasında bağlantıyı sağlayan uzatma kablolarıdır. (Şekil-1 ve şekil-2) Aslında eski sayılabilecek olan bu mekanizma ilk olarak 1987 yılında Benabid ve ark. tarafından tremor dominant bir PH’nda talamusun ventrointermediate (vim) çekirdeği hedeflenerek uygulanmıştır. Bu yapılan çalışma ile birlikte kognitif (bilişsel) becerilerinde artış ve gelişme kat edildiğinden hastalığının tedavisinde etkin kullanımı devam etmektedir. Cerrahi tedavi seçeneği PH genellikle orta ve ileri döneminde zamanla ilaca yanıt vermeyen vakalarda uygulanmaktadır[3].

DBS tekniğine bağlı komplikasyonlar üç ana başlık altında toplanmaktadır. Bunlardan ilki cerrahi ilintili komplikasyonlar olup genellikle intraserebral komplikasyonlarla ilişkilidir. İkincisi ise donanım kaynaklı komplikasyonlar olup enfeksiyon durumu, elektrot kırılması vb. problemlerinden kaynaklanır. Üçüncüsü ise hedef kaynaklı komplikasyonlardır. Tipik yan etkisi genellikle davranış bozukluğu olarak şekillenir[2]. Yeni yapılan araştırmalarla şarj edilebilir stimülatörlere geçmekle birlikte cerrahi işlem sıklığını azaltma, kablosuz olarak uzmanların uzaktan erişim sağlayabileceği kontrollerin ve ayarlamaların yapılabileceği, akıllı telefon/tablet gibi mobil cihazlara uygulama biçimini alması gibi hayat standartlarını iyileştirici bir çok yöntem geliştirilmiştir.Teknolojinin gelişimi ile de birden fazla hedefin aynı anda uyarılmasında kullanılabilir. Şu anda, hastaların çoğunluğu elektrotları tek taraflı veya çift taraflı olarak yerleştirilmiş, sadece birkaç bölgeyi hedefler ancak bazen hastanın durumuna göre birden fazla semptomu ilave elektrotlar implante edilerek sağlanabilir[3].

Aşırı kilo ve obezite, sağlığa zarar verebilecek anormal veya aşırı yağ birikimi olarak tanımlanır ve kişinin hayat kalitesini düşüren ciddi bir hastalıktır. Hem bireyi hem de toplum sağlığını etkileyen bu hastalık 1975’ten beri dünya çapında yaklaşık üç katına çıkmıştır. Başta metabolik hastalıklar (örneğin tip 2 diyebet), kardiyovasküler hastalıklar (hipertansiyon, inme vb.), kas-iskelet sistemi hastalığı (osteoartrit), Alzheimer hastalığı, depresyon ve bazı kanser türlerinin (göğüs, yumurtalık, prostat, karaciğer, böbrek ve kolon) görülmesi obezite ile artmaktadır. Tedavi yaklaşımları davranışsal ve farmakolojik yaklaşımlardan oluşur, ancak genellikle etkisiz olduğu görülür. Bu yüzden şiddetli obezite sıklıkla bariatrik cerrahi ile tedavi edilmeye çalışılır. Fakat hastaların %40’ı uzun vadede önemli kilo artışı gösterdiğinden günümüzde uygulanan tedavilerin yerini kalıcı ve kesin çözüm veren tedavi yaklaşımlarının geliştirilmesini gerekli kılar. Bu nedenle yapılan nöromodülatör yaklaşımlar obezite patofizyolojisinde yer alan spesifik beyin yapılarını hedefleyerek umut vermektedir. Şuan invazif olmayan stimülasyon tekniklerin klinik kullanıma hazır hale gelmeden önce daha fazla araştırmaya ihtiyaçları vardır ancak elde edilen çalışma verileri, derin beyin stimülasyonunun başka türlü tedaviye dirençli obez hastalar için etkili ve kabul edilebilir bir tedavi olabileceği anlaşılmıştır[4].

Derin beyin stimülasyonu gibi beyin implantlarının yakın geçmişteki önemli ilgi alanları bu tekniği nasıl başka yerlerde kullanabiliriz sorusu ile başlamıştır. Nöral protezler geliştirerek beyinde artık uygun şekilde çalışmayan nöral devrenin yerini almak ve yerine konan protezlerle belleği geri yüklemenin hatta geliştirmenin yerleştirilen kortikal nöral protezler ile yapılabileceği anlaşılmıştır. Bunu nöron-nöron arayüzü olarak kullanılan MIMO (Çoklu Giriş-Çoklu Çıkış) modelinden test koşullarında beyin performansı arttırdığı ve zayıflamış hipokampal aktivitesi olan hayvanlara yerleştirildiğinde hafızayı geri kazanabildiği anlaşıldı[5].

Amerikan Savunma Bakanlığına bağlı olan DARPA-Defense Advanced Research Projects Agency (Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı) orduda kullanılmak üzere yeni teknolojiler üretmekle sorumlu bir devlet kurumudur. Özellikle yakın zamanda böcek (güve, hamam böceği) ve köpek balıkları üstünde yapmaya çalıştıkları beyin-bilgisayar arayüzleri beyin implantları teknolojisini bambaşka bir boyuta taşıyarak savunmada kullanmayı hedeflemektedir[6]. DARPA’nın da özellikle üstünde çalıştıkları cyborg böcekler üstünde yapılan son araştırmalarla yüksek hassasiyete sahip uçuşlar yapabilmektedirler[7,8].

Şekil 3: Böcek üstüne üstüne yerleştirilmiş olan nöromodülasyon örneği.

KAYNAKÇA

[1]Cavlak U, Altuğ F, Ünal A, Kara G. (2019), “Nörolojik rehabilitasyonda kanıta dayalı nöromodülasyon uygulamalar”, Fizyoterapi ve Rehabilitasyonda Kanıta Dayalı Yaklaşımlar, 1. Baskı, Ankara: Türkiye Klinikleri; 6-14.
[2] Öztürk S, Kocabıçak E.,(2018) “Parkinson Hastalığında Nöromodülasyon”, FTR Pratiğinde Nöromodülasyon Uygulamaları. Ankara: Türkiye Klinikleri; 23-32.
[3] Pycroft, L., Stein, J., & Aziz, T. (2018), “Deep brain stimulation: An overview of history, methods, and future developments” Brain and Neuroscience Advances, 2;1-6
[4] Blüher, M. (2019), “Obesity : Global Epidemiology and Pathogenesis”, Nature Reviews- Endocrinology, 15;288–298
[5] Theodore W Berger ve ark. (2011), “A cortical neural prosthesis for restoring and enhancing memory” Journal of. Neural Engineering, 8(4);046017.
[6] Popular Science (2009), Stuart Fox ,Video: DARPA’s Remote-Controlled Cyborg Beetle Takes Flight (11.06.2020 tarihinde erişilmiştir.)
[7] Sato,H., Maharbiz,MM. (2010), “Recent developments in the remote radio control of insect flight” ,Front Neuroscience, 4:199.
[8] Sarah Yang (2015), “Cyborg beetle research allows free-flight study of insects” ,Berkeley News.