Tyrėjai iššifruoja nuotaiką nuo žmogaus smegenų signalų

Tyrėjai Lenkijos Sudetų kalnų urvuose registravo šikšnosparnius (Birželis 2019).

Anonim

Kuriant naują dekodavimo technologiją, Pietų Kalifornijos universiteto (UŠK) ir UC San Francisco universitetų inžinierių ir gydytojų komanda atrado, kaip nuotaikų variacijas galima dekoduoti iš nervų signalų žmogaus smegenyse - proceso, kuris nebuvo įrodytas data.

Jų tyrimas, paskelbtas " Nature Biotechnology", yra reikšmingas žingsnis kuriant naujas uždaro ciklo terapijas, kurios naudoja smegenų stimuliavimą, kad gydytų silpną nuotaiką ir nerimo sutrikimus milijonuose pacientų, kurie neatspindi dabartinių gydymo būdų.

Daktaras ir Viterbi ankstyvojo karjeros pirmininkas Maryam Shanechi iš Ming Hsieh departamento elektrotechnikos ir neurologijos magistro programos USC lėmė dekodavimo technologijų kūrimą ir neurologinės chirurgijos profesorius Edward Chang UCSF vadovavo žmogaus implantavimui ir duomenų rinkimo pastangoms. Tyrėjai palaikė Gynybos pažangių mokslinių tyrimų projektų agentūros SUBNETS programą, kuriančią naujas biomedicinines technologijas sunkių neurologinių ligų gydymui.

Grupė įdarbino septynis savanorius iš epilepsijos grupių, kuriems jau buvo intrakranijiniai elektrodai, įterpti į savo smegenis, kad būtų galima atlikti standartinę klinikinę priežiūrą, kad būtų galima nustatyti jų traukulius. Šiuose elektroduose savanoriuose per daugybę dienų UCSF buvo užfiksuoti smulkūs smegenų signalai, tuo tarpu jie periodiškai pranešė apie savo nuotaikas, naudodami klausimyną. Shanechi ir jos mokiniai, Omid Sani ir Yuxiao Yang, naudojo šiuos duomenis naujos dekodavimo technologijos kūrimui, galinčiam numatyti nuotaikos svyravimus nuo laiko nuo smegenų signalų kiekviename žmogaus subjekte, iki šiol neįmanomo tikslo.

"Nuotaika yra atstovaujama daugelyje smegenų vietovių, o ne lokalizuotuose regionuose, taigi dekoduojanti nuotaika yra unikalus skaičiavimo iššūkis", - sakė Shanechi. "Šis iššūkis apsunkinamas dėl to, kad mes nesuvokiame, kaip šie regionai koordinuoja savo veiklą, kad koduotų nuotaiką, ir šią nuotaiką iš esmės sunku įvertinti. Kad išspręstume šį iššūkį, mums reikėjo sukurti naujas dekodavimo metodikas kad būtų įtraukti neuroniniai signalai iš paskirstytų smegenų svetainių, tuo pat metu sprendžiant retas galimybes išmatuoti nuotaikas ".

Sukūrus dekoderį, Shanechi ir mokslininkų komanda ištyrė smegenų signalus, kurie buvo įrašyti iš septynių žmonių savanorių iš intrakranijinių elektrodų. Neišneštos smegenų signalai buvo nuolat užregistruoti pasklidusiuose smegenų regionuose, o pacientai savarankiškai pranešė apie savo nuotaikas per tabletes pagrįstą klausimyną.

Kiekviename iš 24 klausimų pacientui buvo paprašyta "įvertinti, kaip jaučiatės dabar", bakstelėję vieną iš 7 mygtukų nepertraukiamai tarp neigiamų ir teigiamų nuotaikos būsenos deskriptorių (pvz., "Prislėgtų" ir "laimingų") pora. Aukštesnis balas atitiko labiau teigiamą nuotaikos būseną.

Naudodamiesi savo metodologija, mokslininkai galėjo atskleisti smegenų signalų modelius, kurie atitiko savyje pateiktas nuotaikas. Tada jie panaudojo šias žinias kurdami dekoderį, kuris savarankiškai atpažintų tam tikros nuotaikos atitinkančius signalus. Kai dekoderis buvo pastatytas, jis išmatavo tik smegenų signalus, kad prognozuotų nuotaikos svyravimus kiekviename paciente per kelias dienas.

Galimas sprendimas neapsaugotoms neuropsichiatrinėms būklėms?

USC / UCSF komanda mano, kad jų išvados galėtų padėti kurti naujas uždaros kilpos smegenų stimuliavimo terapijas nuotaikos ir nerimo sutrikimams.

Iš 2016 m. Nacionalinio narkotikų vartojimo ir sveikatos tyrimo duomenų matyti, kad Jungtinėse Amerikos Valstijose 16, 2 mln. Suaugusiųjų (maždaug 6, 7% visų JAV suaugusiųjų) patyrė bent vieną didžiąją depresijos epizodą. Tokie gydymo būdai kaip selektyvūs serotonino reabsorbcijos inhibitoriai (SSRI) gali būti veiksmingi kai kuriems, bet ne visiems pacientams.

Remiantis Nacionaliniu sveikatos instituto STAR * D tyrimo duomenimis, ilgiausias tyrimas, skirtas depresijos gydymui įvertinti, beveik 33% pagrindinių depresijos pacientų nereaguoja į gydymą (daugiau kaip 5, 3 mln. Žmonių vien JAV). Be to, 2018 m. Birželio mėn. Ligų kontrolės ir prevencijos centrai pranešė, kad JAV savižudybė auga

Dėl milijonų gydomiems pacientams alternatyvūs gydymo būdai gali būti veiksmingi. Pavyzdžiui, žmogaus fotografavimo tyrimai naudojant positrono emisijos tomografiją (PET) ir funkcinį magnetinio rezonanso vaizdavimą (fMRI) parodė, kad keliuose smegenų regionuose yra depresija, todėl smegenų stimuliavimo terapijos, kuriomis stimuliuoja su nuotaika susijusį regioną, gali būti naudojamos siekiant palengvinti depresiniai simptomai. Nors atvirojo ciklo smegenų stimuliavimo procedūros turi tam tikrą pažadą, tikslesniam, veiksmingam gydymui gali prireikti uždarojo ciklo metodo, kurio metu objektyvus nuotaikos stebėjimas rodo, kaip stimuliacija atliekama.

Pasak "Shanechi", klinikų praktikams galingas dekodavimo įrankis suteiktų galimybę realiu laiku aiškiai apibrėžti emocinį elgesį palaikančių smegenų regionų tinklą.

"Mūsų tikslas yra sukurti technologiją, kuri padėtų klinikų gydytojams gauti konkretesnį tam tikro momento metu vykstančių depresinių smegenų metu pateiktą žemėlapį ir suprasti, kokį signalą smegenys mums praneša apie nuotaiką. Tai leis mums gauti objektyvesnį nuotaikos vertinimą, kad nukreiptų konkretaus paciento gydymo kursą ", - sakė Shanechi. "Pavyzdžiui, jei žinome, kad tam tikru metu yra nuotaika, mes galime jį naudoti, kad nuspręstume, ar elektros stimuliacija turėtų būti tiekiama smegenims tuo metu, kad būtų galima reguliuoti nesveiką, silpną emocijų ekstremalumą. Ši technologija atveria naujų asmeniškai pritaikytą terapiją neuropsichiatrinių sutrikimų, tokių kaip depresija ir nerimas milijonams, kurie neatspindi tradicinių gydymo būdų. "

Pasak Shanechi, naujoji dekodavimo technologija taip pat gali būti išplėsta, siekiant sukurti uždarojo ciklo sistemas kitoms neuropsichiatrinėms sąlygoms, tokioms kaip lėtinis skausmas, priklausomybė ar potrauminis streso sutrikimas, kurio neuroninės koreliacijos vėl nėra anatomiškai lokalizuotos, o apima tik paskirstytą tinklą smegenų regionų ir kurių elgesio vertinimas yra sunkus ir todėl dažnai negalimas.

menu
menu