Механизмы магнитной стимуляции нейронов центральной нервной системы

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) — метод стимуляции, при котором магнитная катушка создает магнитное поле в интересующей области головного мозга. Это магнитное поле индуцирует электрическое поле, изменяющее активность нейронов. Пространственное распределение индуцированного электрического поля определяется геометрией катушки и ее расположением относительно головного мозга. Хотя ТМС применяется уже несколько десятилетий, биофизические основы стимуляции нейронов центральной нервной системы (ЦНС) до сих пор неизвестны. Для решения этой задачи мы разработали численный метод, позволяющий объединить реалистичное моделирование магнитной стимуляции (МС) с компартментным моделированием нейронов произвольной морфологии. Индуцированное электрическое поле для каждой точки пространства объединяли со стандартным программным обеспечением для компартментного моделирования, чтобы рассчитать мембранный ток, создаваемый электромагнитным полем в каждом сегменте нейрона. В соответствии с результатами предыдущих исследований моделирование показало, что возбуждение периферических аксонов обусловлено пространственными градиентами индуцированного электрического поля. У периферических нейронов и нейронов ЦНС амплитуда МС, необходимая для генерации потенциала действия, была обратно пропорциональна квадрату диаметра стимулируемого компартмента. С учетом важности диаметра волокна магнитная стимуляция нейронов ЦНС вызывала деполяризацию сомы, за которой следовала инициация потенциала действия в начальном сегменте аксона. Пассивные дендриты влияли на этот процесс главным образом как стоки тока, а не как его источники. Моделирование показало, что нейроны с низким порогом по току более восприимчивы к магнитной стимуляции. Кроме того, полученные результаты свидетельствуют о том, что МС не запускает непосредственно регенеративные механизмы в дендритах. Эти данные о механизмах МС могут иметь значение для разработки протоколов ТМС с различной интенсивностью, способствовать созданию магнитных стимуляторов и облегчить интерпретацию результатов ТМС ЦНС.