Raziskovalci dekodirajo razpoloženje iz človeških možganskih signalov

The Tale of Two Thrones - The Archangel and Atlantis w Ali Siadatan - NYSTV (Junij 2019).

Anonim

Z razvojem nove tehnologije dekodiranja je skupina inženirjev in zdravnikov na Univerzi v Južni Kaliforniji (USC) in UC San Francisco odkrila, kako se lahko spremenijo razpoloženje iz nevronskih signalov v človeških možganih - proces, ki ni bil dokazan datum.

Njihova študija, objavljena v Nature Biotechnology, je pomemben korak v smeri ustvarjanja novih zaprtih zankov, ki uporabljajo možgansko stimulacijo za zdravljenje izčrpavajočih motenj razpoloženja in anksioznosti pri milijonih bolnikov, ki ne odzivajo na trenutno zdravljenje.

Pomočnik profesorja in predšolska kariera Viterbi Maryam Shanechi iz oddelka za elektrotehniko Ming Hsieh in program podiplomskega študija nevroznanosti pri USC sta vodila razvoj tehnologije dekodiranja, profesor nevrološke kirurgije Edward Chang na UCSF pa je vodil človeško implantacijo in zbiranje podatkov. Raziskovalci so podprli program SUBNETS za agencijo za zaščito naprednih raziskovalnih projektov za razvoj novih biomedicinskih tehnologij za zdravljenje nestabilnih nevroloških bolezni.

Ekipa je zaposlila sedem človeških prostovoljcev v skupini bolnikov z epilepsijo, ki so že imeli v možganih vstavljene intrakranialne elektrode za standardno klinično spremljanje, da bi našli svoje napade. Obsežne možganske signale so bile zabeležene iz teh elektrod v prostovoljcih več dni na UCSF, medtem ko so tudi s pomočjo vprašalnika občasno poročale o razpoloženju. Shanechi in njeni študentje, Omid Sani in Yuxiao Yang, so uporabili te podatke, da bi razvili novo tehnologijo dekodiranja, ki bi sčasoma lahko napovedala spremembe razpoloženja od signalov možganov pri vsakem človeškem subjektu, kar je doslej še nedosegljiv cilj.

"Razpoloženje je zastopano na več mestih v možganih, ne pa na lokaliziranih regijah, zato dekodiranje razpoloženja predstavlja edinstven računalniški izziv", je dejal Shanechi. "Ta izziv otežuje dejstvo, da nismo popolnoma razumeli, kako te regije usklajujejo svojo dejavnost, da kodirajo razpoloženje, in da je razpoloženje težko oceniti. Za rešitev tega izziva smo morali razviti nove metodologije dekodiranja ki vključujejo živčne signale iz porazdeljenih možganskih mest, medtem ko se ukvarjajo z redkimi možnostmi za merjenje razpoloženja. "

Za izgradnjo dekoderja sta Shanechi in skupina raziskovalcev analizirali možganske signale, ki so bili zabeleženi iz intrakranialnih elektrod v sedmih človekovih prostovoljcih. Neprekinjeni možganski signali so bili nenehno zabeleženi v razdeljenih možganskih regijah, medtem ko so bolniki sami poročali o razpoloženju s pomočjo vprašalnika, ki temelji na tabletah.

V vsakem od 24 vprašanj je bil pacient pozvan, naj "oceni, kako se počutiš zdaj", tako da tapnete enega od 7 gumbov na kontinuumu med dvema negativnima in pozitivnima deskriptorjema stanja razpoloženja (npr. "Depresivno" in "srečno"). Večji rezultat je ustrezal bolj pozitivnemu stanju razpoloženja.

Raziskovalci so lahko z uporabo svoje metodologije odkrili vzorce možganskih signalov, ki so se ujemali s samoprijavljenimi razpoloženji. Nato so to znanje uporabili za izdelavo dekodirnika, ki bi neodvisno prepoznaval vzorce signalov, ki ustrezajo določenemu razpoloženju. Ko je bil dekoder zgrajen, je meril samo možganske signale, da bi predvidel spremembe razpoloženja pri vsakem bolniku več dni.

Potencialna rešitev za nezdravljive nevropsihiatrične bolezni?

Ekipa USC / UCSF verjame, da bi njihova ugotovitev lahko podprla razvoj novih terapij za stimulacijo možganov z zaprto zanko za motnje razpoloženja in anksioznosti.

Podatki iz Nacionalne raziskave o uporabi drog in zdravju leta 2016 so pokazali, da je 16, 2 milijona odraslih v Združenih državah Amerike (približno 6, 7% vseh odraslih v ZDA) utrpelo vsaj eno večjo depresivno epizodo. Zdravljenje, kot so selektivni zaviralci ponovnega privzema serotonina (SSRI), je lahko učinkovit pri nekaterih, vendar ne pri vseh bolnikih.

V skladu s študijo STAR * D, ki ga financira nacionalni zavod za zdravstveno varstvo - najdaljša študija za oceno depresivne obravnave - skoraj 33% bolnikov z velikimi depresijami se ne odziva na zdravljenje (več kot 5, 3 milijona ljudi v ZDA samo). Tudi v juniju 2018 Centri za nadzor in preprečevanje bolezni poročali, da se samomor v ZDA povečuje

Za milijone bolnikov, odpornih na zdravljenje, so lahko alternativne terapije učinkovite. Na primer, študije človeškega slikanja, ki uporabljajo positronsko emisiono tomografijo (PET) in funkcionalno magnetno resonančno slikanje (fMRI), nakazujejo, da več možganskih regij posreduje v depresijo, zato so možganska stimulacijska terapija, v kateri je električno stimulirana regija razpoloženja razpoloženja, mogoče uporabiti za lajšanje depresivni simptomi. Medtem ko zdravljenje z odprto zanko možgansko stimulacijo daje nekaj obljube, bolj natančno, učinkovito zdravljenje lahko zahteva pristop zaprtega kroga, v katerem objektivno sledenje razpoloženju sčasoma vodi, kako se spodbuja.

Po mnenju podjetja Shanechi bo močno orodje za dekodiranje omogočilo, da v realnem času jasno razkrijejo mrežo možganskih regij, ki podpirajo čustveno obnašanje.

"Naš cilj je ustvariti tehnologijo, ki kliničnim zdravnikom pomaga doseči natančnejši zemljevid o tem, kaj se v določenem trenutku dogaja v depresivnih možganih, in način, kako razumeti, kaj nam signal možganov govori o razpoloženju. To nam bo omogočilo pridobiti objektivnejšo oceno razpoloženja sčasoma, da bi vodila potek zdravljenja za določenega pacienta, "je dejal Shanechi. "Na primer, če poznamo razpoloženje v danem trenutku, ga lahko uporabimo, da odločimo, ali je treba ali kako elektricno stimulacijo dostaviti v možgane v tem trenutku, da bi uredili nezdrave, izčrpne skrajnosti čustev. Ta tehnologija odpira možnost novega prilagojene terapije za nevropsihiatrične motnje, kot so depresija in tesnoba za milijone ljudi, ki se ne odzivajo na tradicionalne tretmaje. "

Nova tehnologija dekodiranja, ki jo je pojasnila Shanechi, se lahko razširi tudi na razvoj sistemov zaprtega kroga za druge nevropsihiatrične pogoje, kot so kronična bolečina, zasvojenost ali posttraumatska stresna motnja, pri katerih nervni korelati spet niso anatomsko lokalizirani, temveč preidejo na porazdeljeno mrežo možganskih regij in katerih vedenjska ocena je težavna in zato ni pogosto na voljo.

menu
menu