Armádní přilbou proti stresu, únavě a bolesti  
Američtí vědci patentovali helmu, která pomocí ultrazvukových pulzů zvýší bojeschopnost vojáků.

 

Zvětšit obrázek
Ultrazvuk umožňuje zviditelnit neviditelné . Kredit: Medicexchange.com

Za zvuk běžně považujeme to, co dokáže zachytit zdravý lidský sluch. Na slyšitelné frekvence ušní bubínek rozkmitají tlakové vlny šířící se vzduchem s frekvencí 20 až 20 000 Hz, tedy kmitů za sekundu. Nižší frekvence dokáží vnímat například ty největší zvířata naší planety – velryby – jež „zpívají“ na kmitočtech 10 až 40 (prý „až“ 52) Hz. Tyto dlouhé vlny se vodním prostředím šíří na velké vzdálenosti. Někdy se frekvence pod hranicí slyšitelnosti nazývají infrazvukem.
Na druhé straně spektra poletují malí netopýři, orientující se ve tmě pomocí ultrazvukové echolokace s frekvencí od 14 000 do více než 100 000 Hz (14 až > 100 kHz).


S mnohem vyššími tóny přicházíme doslova do kontaktu, když nás doktor pošle na sonografii. Při této „prosvěcující“ zobrazovací metodě tkání našeho těla prochází zvukové vlny s kmitočtem okolo 10 milionů hertzů, tedy kmitů za sekundu (10 MHz). Výsledný obraz získáváme díky zákonitosti platné pro každou zvukovou vlnu – v hustějším prostředí se šíří rychleji. Kosti, plodovou vodu a měkké tkáně je tak možné dobře navzájem rozlišit. Pro různé účely se ve zdravotnictví využívá širší spektrum ultrazvuku od 1 po 20 MHz. Některé výzkumy naznačují, že vlny s kmitočty u dolní hranice tohoto rozmezí urychlují hojení ran, srůst polámaných kostí, nebo zvyšují účinek neurologických léků tím, že podporují jejich prostup z krevního řečiště do mozko-míšního moku.

Zvětšit obrázek
S rostoucím výkonem se zvyšuje i frekvence, na které mozek pracuje. Gama vlny s frekvencí okolo 40 Hz jsou projevem maximálního soustředění.

 

Kontroverznější, ale bezpochyby zajímavé jsou výzkumy vlivu ultrazvuku na činost mozku. Je zcela logické, že vysoká intenzita a vysoké frekvence "tonů", které tkáň více absorbuje, ji trvale poškozují. Pro stimulaci mozkových center při neurodegenerativních onemocněních nebo při léčbě postraumatického stresu se používají ultrazvukové pulzy s frekvencí okolo 1 MHz. Tým neurobiologa Williama Tylera z Arizonské státní university se již několik let věnuje studiu ještě nižších kmitočtů a jejich působení. Před dvěma lety uveřejnil výsledky z pokusů in vitro. Na tenkých řezech mozkové tkáně obklopené mozkomíšním mokem vědci zjistili, že i nízkofrekvenční 440kHz (0,44MHz) ultrazvukové pulzy s nízkou intensitou dočasně otevírají sodíkové a vápníkové iontové kanálky v membránách neuronů. Tak dojde k změně elektrochemického potenciálu a vyvolaný vzruch se šíří mozkovou tkání.

William J. Tyler, Arizona State University

Kromě tohoto vybuzení aktivity prý ultrazvuk stimuluje i produkci neurotrofinů, proteinů důležitých pro vývoj, správnou funkci i přežití neuronů. Jsou nevyhnutné pro uchování dostatečné mozkové plasticity, tedy ovlivňují i naši schopnost se něco nové naučit a zapamatovat si to.


Na následujícím videu se objeví červená tečka, která označuje ultrazvukový pulz. Ten vyvolá okamžitě se šířící vzruch spojený s aktivací vápníkových iontových kanálků v povrchových membránách neuronů v tkáni hippokampu. Znázorní se to vlnou intensivnější zelené fluorescence.


Zvětšit obrázek
Schema pokusů s laboratorní myškou. Kredit: Tyler Lab

 

Po pokusech s tkání přišly na řadu živé myšky. Na nich vědci z Tylerovy laboratoře potvrdili, že i přes lebeční kost se můžou ultrazvukové vlny cíleně nasměrovat do zvolených oblastí mozku a přinutit je k nejvyšší aktivitě projevující se na elektroencefalogramu vlnami gama s charakteristickou frekvencí okolo 40 Hz (ale mohou se pohybovat v rozsahu 30 až 120 Hz).


Následující video dokumentuje, že 0,2 milisekund trvající ultrazvukové pulzy s "výškou tónu" 0,5 MHz (500 kHz) a intensitou asi 64 miliwattů na cm2, nasměrované do motorických center v mozkové kůře, vyvolávají u myšky pod anastezí nedobrovolné pohyby. LED-dioda před myškou se rozzáří v okamžiku pulzu.



Proč se myšce cukají tlapky, ocásek a fousy? Protože pulz ultrazvuku v cílových motorických centrech vyvolal záblesk vysoké aktivity doprovázený gama vlnami. Ty za normálních podmínek při složité činnosti signalizují vysokou, navzájem synchronizovanou aktivitu velké sítě propojených senzorických neuronů a jsou charakteristické pro stav ostražitosti a soustředění, kdy se vybudí zejména oblast hippokampu. Například když jsme nedodrželi předsevzetí o studijním plánu před zkouškou a na poslední chvíli se snažíme si do paměti napěchovat nové informace.

Zvětšit obrázek
Speciální neurony - interneurony - propojují senzorické nervy dostředivé, jenž vedou signály do mozku a odstředivé, které příkazy z centrály transportují na místo určení. Interneurony tak zajišťují rychlou zpětnou vazbu a reakci na podnět, například dotek horkého předmětu.

 

Vědci zjistili, že tyto gama vlny lze vyvolat i zvenčí pomocí ultrazvukové stimulace speciálních přenosových neuronů (interneurons), které v mozku propojují senzorické nervy dostředivé (aferentní), jenž přivádějí signály vysílané ze smyslových periferií do mozku a odstředivé (eferentní), které příkaz z řídící centrály transportují na místo určení, například do svalů. Správná funkce tohoto celého systému zajišťuje, že zaregistrujeme vnější podnět, vyhodnotíme ho a obratem na něj zareagujeme. Ale i vyšší kognitivní funkce, učení, paměť a schopnost koncentrace jsou spjaté s hippokampálními gama frekvencemi. Gama vlny jsou ty, které probíhají mozkem, když „maká na plné obrátky“.


 

Zvětšit obrázek
Vlevo je první prototyp ultrazvukové přilby se čtyřmi, počítačovou jednotkou řízenými zdroji ultrazvukových pulzů. Vpravo nejjednodušší laboratorní verze s jednou vysílačkou nahoře. Zařízení by mělo ovlivňovat psychiku a chování, potlačovat stres, zvyšovat stav ostražitosti a koncentrace. Kredit: Tyler Lab

Externí ovlivňování mozkové aktivity není zajímavé jen z čistě vědeckého a medicínsko – terapeutického hlediska, ale zcela logicky je přítažlivé i pro armádu. Představa o moderním vojákovi, zejména o tom americkém, se podobá Rambovi s nejnovější výzbrojí. A k takovému se projevy stresu, strachu a bolesti nehodí. Není divu, že americká Agentura na podporu obranných výzkumných projektů DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) s Tylerovou laboratoří uzavřela spolupráci na dobře financovaném projektu, zaměřeném na hledání způsobů, jako v době bojového nasazení pomocí ultrazvukových pulzů probrat mozek do hladiny gama, prodloužit tím dobu bdělosti a ostražitosti vojáků, potlačit u nich pocit úzkosti, únavy a bolesti. Tylerův tým nyní představil první prototyp přilby se čtyřmi zdroji nízkofrekvenčního ultrazvuku. Jde o patentem chráněný produkt, navíc vyvinutý pro armádní účely a tak je zcela pochopitelné, že konkrétnější informace se na internetu jen tak povalovat nebudou. Lze jenom odhadovat, že když při dosavadních experimentech arizonští universitní vědci zkoušeli ultrazvuk s frekvencí 0,44 až 0,67 megahertzů, ani zde nepůjde o hodnoty vyšší. S intensitou je to jestě nejistější, při testech se využívaly tlakové vlny v rozsahu asi 23 až 500 mW/cm2. Lidský hippokampus je uložen hluboko v mozku, mnohem dál od lebeční kosti, než ten myší. Je pravděpodobné, že tomu je přizpůsoben i výkon zdrojů v přilbě. Pro zajímavost – pro ultrazvukové zobrazování v průběhu těhotenství americký úřad pro kontrolu potravin a léků FDA stanovil horní limit na 180 mW/cm2.


Když odhlédneme od tohoto kontroverzního využití pro „obranné“ účely USA, neinvazivní, technicky nenáročná stimulace mozkových center neurologických pacientů je bezpochyby zajímavou terapeutickou metodou. V porovnání s elektromagnetickými impulzy, jenž se také používají ke stimulaci, ultrazvuk umožňuje pětkrát vyšší přesnost a prostorové rozlišení při zaměření na konkrétní oblasti mozku a dokáže mnohem lépe a cíleněji proniknout i do hlubokých podkorových struktur. Při nižších frekvencích a intensitách je tepelný ohřev zanedbatelný, největší riziko snad spočívá v mechanickém poškození membrán. Ale o tom již zdroje mlčí.


Zdroj: Tyler Lab  - zde jsou i odkazy na odborné články,
Armed with Science

Datum: 16.09.2010 13:36
Tisk článku

Vlčí přilba - Knaak Richard A.
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 109 Kč
cena: 102 Kč
Vlčí přilba
Knaak Richard A.

Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace