Teadlased dekodeerivad meeleolu inimese aju signaalidest

VLOGMAS #30/31: HULLUD TEADLASED TARTUS (Juuli 2019).

Anonim

Arendades uut dekodeerimise tehnoloogiat, on Lõuna-California ülikooli (USC) ja UC San Francisco inseneride ja arstide meeskond avastanud, kuidas meeleolu variatsioone saab dekodeerida inimese aju neuronites - protsess, mida ei ole tõestatud kuupäev.

Nende uuring, mis on avaldatud Nature Biotechnology'is, on märkimisväärne samm uute suletud ahela teraapiate väljatöötamisel, mis kasutavad ajude stimuleerimist halvavate meeleolu ja ärevushäirete raviks miljonites patsientidel, kes ei reageeri praegustele ravivõimalustele.

Asendusprofessor ja Viterbi varajase karjääri õppetool Maryam Shanechi, Ming Hsiehi elektrotehnika osakond ja USC neuroteaduste magistriprogramm, viisid dekodeerimise tehnoloogia väljatöötamiseni ning UCSFi neuroloogilise kirurgia professor Edward Chang juhendas inimeste implanteerimist ja andmete kogumist. Uurijad toetasid kaitsealaste teadusuuringute projektide agentuuri SUBNETSi programmi, et töötada välja uusi biomeditsiinilisi tehnoloogiaid raskete neuroloogiliste haiguste raviks.

Meeskond võttis tööle seitse vabatahtlikku inimest epilepsia patsientide rühmas, kellel olid aju standardse kliinilise monitooringu abil juba intrakraniaalsed elektroodid, et leida nende krambid. UCSF-is mitmel päeval vabatahtlikelt elektroodid registreeriti suuri ajusignaale, samas kui nad teatasid ka aeg-ajalt oma meeleolusid kasutades küsimustikku. Shanechi ja tema õpilased, Omid Sani ja Yuxiao Yang, kasutasid neid andmeid uudse dekodeerimise tehnoloogia väljatöötamiseks, mis võib prognoosida aja jooksul meeleolu muutusi aju signaalidest igas inimolendis, siiani saavutatavat eesmärki.

"Meeleolu on esindatud mitmes kohas ajus, mitte lokaliseeritud piirkonnas, seega meeleolu dekodeerimine kujutab endast ainulaadset arvutusvõimalust, " ütles Shanechi. "Seda väljakutse raskendab asjaolu, et meil ei ole täielikku arusaamist sellest, kuidas need piirkonnad koordineerivad oma tegevust meeleolu kodeerimiseks, ja seda meeleolu on oma olemuselt raske hinnata. Selle väljakutse lahendamiseks vajame me uusi dekodeerimismeetodeid mis sisaldavad hajutatud ajualadel paiknevaid närviignaale, kui tegeleda harva võimalustega meeleolu mõõtmiseks. "

Decodeerija ülesehitamiseks analüüsisid Shanechi ja teadlaste meeskond 7 inimese vabatahtlikust intrakraniaalsetest elektroodidest registreeritud aju signaale. Toores aju signaale registreeriti pidevalt hajutatud aju piirkondades, samal ajal kui patsiendid teatasid oma meeleolu tabletipõhises küsimustikus.

Kõigi 24 küsimuse korral paluti patsiendil "hinnata, kuidas tunnete nüüd", koputades ühe negatiivse ja positiivse tuju olekute kirjelduste (nt "depressioon" ja "õnnelik") paari katteseadet. Kõrgem skoor vastas positiivsemale meeleolule.

Metoodikate abil suutsid teadlased avastada aju signaale, mis vastavad eneseteadvustatud meeleoludele. Seejärel kasutasid nad neid teadmisi, et luua dekooder, mis iseseisvalt tunneb teatud tuju suhtes vastavaid signaale. Kui dekooder ehitati, mõõdeti aju signaali üksinda, et ennustada iga patsiendi meeleolu muutusi mitme päeva jooksul.

Potentsiaalne lahendus ravitavatele neuropsühhiaatrilistele seisunditele?

USC / UCSF meeskond usub, et nende tulemused võivad toetada uute suletud ahela aju stimulatsiooni teraapiate väljatöötamist meeleolu- ja ärevushäirete jaoks.

2016. aasta riikliku uimastite ja terviseuuringu andmetel selgus, et 16, 2 miljonit USA täiskasvanut (ligikaudu 6, 7% kõigist USA täiskasvanutest) on kannatanud vähemalt ühe suure depressiooni episoodi. Ravi, nagu selektiivsed serotoniini tagasihaarde inhibiitorid (SSRI-d), võivad olla efektiivsed mõnedel, kuid mitte kõigil patsientidel.

Vastavalt riiklikele tervishoiu rahastatavate STAR * D uuringute uuringutele - kõige pikem uuring depressioonravimite hindamiseks - peaaegu 33% suurema depressiooniga patsientidest ei reageeri ravile (enam kui 5, 3 miljonit inimest ainult USA-s). Samuti teatasid 2018. aasta juunis haiguste tõrje ja ennetamise keskused USA-s enesetapu tõusust

Miljonite ravimiresistentsete patsientide puhul võivad alternatiivsed ravimid olla tõhusad. Näiteks inimese imaging uuringud positron-emissioontomograafia (PET) ja funktsionaalse magnetresonantstomograafia (fMRI) abil on näidanud, et mitmed ajupiirkonnad vahendavad depressiooni ja seetõttu võivad aju stimulatsiooniravi, mille puhul meeleoluga seotud piirkond on elektriliselt stimuleeritud, leevendada depressiivsed sümptomid. Kuigi avatud ahela stimuleerimisega ravimeetodil on mõni lubadus, võib täpsem ja efektiivsem ravi osutuda vajalikuks suletud ahelaga lähenemisviisi, kus objektiivne mõtlemise jälgimine aja jooksul juhendab stimuleerimise saavutamist.

Shanechi sõnul on kliiniliste praktikute jaoks võimas dekodeerimisvahend vahendiks, et reaalajas selgelt piiritleda emotsionaalse käitumise toetavate ajupiirkondade võrgustik.

"Meie eesmärk on luua tehnoloogia, mis aitab arstidel saada täpsemat kaarti depressioonis ajus toimuvast konkreetsest hetkest ja kuidas mõista, mis aju signaal meile meeleheitmise kohta annab. See võimaldab meil saada rohkem objektiivset meeleolu hinnangut aja jooksul, et juhtida konkreetse patsiendi ravikuuri, "ütles Shanechi. "Näiteks, kui me teame meeleolu teatud ajahetkel, võime seda kasutada, et otsustada, kas ja kuidas elektrise stimulatsiooni tuleks sel ajal ajule üle anda, et reguleerida ebatervislikke, nõrgemaid emotsionaalseid äärmuslikke seoseid. See tehnoloogia avab võimaluse uuteks isikupärastatud ravimeetodid neuropsühhiaatriliste häirete jaoks, nagu depressioon ja ärevus miljonitele inimestele, kes ei reageeri traditsioonilistele ravivõimalustele. "

Uut dekodeerimistehnoloogiat, Shanechi selgitas, võiks laiendada ka teiste neuropsühhiaatriliste seisundite, näiteks kroonilise valu, sõltuvuse või traumajärgse stressihäirega suletud ahela süsteemide väljatöötamiseks, mille neuronite korrelaadid pole jälle anatoomiliselt lokaliseeritud, vaid pigem jaotatud võrgu aju piirkondades ja kelle käitumuslik hindamine on keeruline ja seega sageli kättesaamatu.

menu
menu