Аннотация: В настоящее время интенсивно развивается транскраниальная ультразвуковая стимуляция (ТУС) как новый неинвазивный метод нейромодуляции. Удобной моделью демонстрации ультразвуковой нейромодуляции является нервная система рыб, имеющая парные идентифицированные Маутнеровские нейроны, отвечающие за поворотную реакцию рыб. Предметом статьи является сравнение эффектов, вызванных действием непрерывного и модулированного ультразвука на нейроны золотых рыбок. В качестве регистрируемых параметров использованы общая двигательная реакция и поворотная реакция рыб, так как эти реакции отражают функциональное состояние нейронов и его изменение под действием ультразвука с различными энергетическими параметрами при воздействии непрерывного ультразвука, и изменение их функционального состояния при равноэнергетическом воздействии модулированного ультразвука, зависящего от частоты модуляции. Целью работы является исследование действия непрерывного и импульсно модулированного ультразвука на морфофункциональное состояние нейронов головного мозга и идентифицированных центральных нейронов позвоночных – маутнеровских нейронов золотых рыбок.

Эксперименты были проведены на золотых рыбках (Goldfish) с регистрацией общей двигательной и поворотной реакций рыб в специальной камере, дно которой было разделено на сектора. Ультразвуковое воздействие проводилось с использованием терапевтического генератора УЗТ 1.01Ф, работающего на частоте 0.88 МГц и фокусирующего излучателя. При действии непрерывных ультразвуковых волн терапевтического диапазона интенсивностей (f = 0.88 МГц) на ткани мозга рыб наблюдается подавление общей двигательной активности и поворотных реакций при увеличении интенсивности ультразвука (более 0.7 Вт/см2) и их активация при интенсивностях менее 0.1 Вт/см2. Используя амплитудную модуляцию низкой частоты, были получены спектры действия, отражающие как работу целого мозга, так и работу идентифицированного Маутнеровского нейрона, ответственного за поворотную реакцию рыб. Спектр действия для Маутнеровского нейрона более выражен и содержит три вида частот: активирующие (8 Гц), частично подавляющие активность рыб (6, 10 Гц) и нейтральные (3, 7, 9 Гц). Из спектра действия видно, что на одних частотах модуляции эффекты несущей частоты ослабляются, а на других усиливаются. Такой подход может найти применение в ультразвуковой терапии, когда необходимо увеличить эффективность ультразвукового воздействия при уменьшении потенциального риска воздействия.

Abstract: Currently, transcranial ultrasound stimulation (TUS) is being intensively developed as a new non-invasive method of neuromodulation. A convenient model for demonstrating ultrasonic neuromodulation is the nervous system of fish. Experiments have been carried out on Goldfishes. We have recorded general swimming reaction and turning reaction of fishes in the special chamber which bottom had been divided into sectors. We observed decrease of general swimming reaction and turning reaction after influence of continuous ultrasonic waves of therapeutic intensities (f = 0.88 MHz), when intensity was more than 0.7 W/cm2, and increase of these responses at intensities less than 0.1 W/cm2. Application of modulated ultrasonic fields as an acting factor produced changes of activity of fishes dependent on a modulating frequency. The action spectra have been received using an amplitude modulation (AM) of low frequency. This spectra reflect the work of the whole brain (tests of change of a general swimming reaction of fishes), and the work of identified Mauthner’s neuron, that is responsible for turning response of fishes. The action spectrum for Mauthner’s neuron is more expressed and contains three kinds of frequencies by the action on fishes activity: frequency of activation (8 Hz), partially depressing (6, 10 Hz) and neutral (3, 7, 9 Hz). Spectra are received at equienergy action АМ of ultrasonic sound irrespective of a modulating frequency (porosity = 2) and spatial average and temporal average intensities of 0.35 W/cm2. From an action spectrum we can conclude, that on one modulating frequency effects of a carrier frequency are relaxed, and on others strengthen. This approach can find application in ultrasonic therapy when it is necessary to make ultrasonic action more effective and to decrease potential hazard of action due to the cavity action.