Μια καινοτόμος μελέτη αποκαλύπτει έναν μοναδικό βιοδείκτη στον εγκέφαλο που παρακολουθεί την ανάρρωση από τη σοβαρή κατάθλιψη, χρησιμοποιώντας καινοτόμες τεχνικές βαθιάς εγκεφαλικής διέγερσης και τεχνητής νοημοσύνης.
Μια ομάδα κορυφαίων κλινικών ιατρών, μηχανικών και νευροεπιστημόνων έκανε μια πρωτοποριακή ανακάλυψη στον τομέα της ανθεκτικής στη θεραπεία κατάθλιψης που δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο στο περιοδικό Φύση στις 20 Σεπτεμβρίου.
Αναλύοντας την εγκεφαλική δραστηριότητα ασθενών που υποβάλλονται σε εν τω βάθει εγκεφαλική διέγερση (DBS), μια πολλά υποσχόμενη θεραπεία που περιλαμβάνει εμφυτευμένα ηλεκτρόδια που διεγείρουν τον εγκέφαλο, οι ερευνητές από την Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Emory, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια και την Ιατρική Σχολή Icahn στο όρος Σινά εντόπισε ένα μοναδικό πρότυπο στην εγκεφαλική δραστηριότητα που αντανακλά τη διαδικασία ανάρρωσης σε ασθενείς με κατάθλιψη ανθεκτική στη θεραπεία. Αυτό το μοτίβο, γνωστό ως βιοδείκτης, χρησιμεύει ως μετρήσιμος δείκτης ανάκτησης της νόσου και αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόοδο στη θεραπεία για τις πιο σοβαρές και μη θεραπεύσιμες μορφές κατάθλιψης.
Τα ευρήματα της ομάδας προσφέρουν το πρώτο παράθυρο στις περίπλοκες λειτουργίες και τις μηχανικές επιδράσεις του DBS στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της θεραπείας για σοβαρή κατάθλιψη.
Διαβάστε επίσης: Τα νέα σύνορα στην παρακολούθηση της ανάκαμψης από την κατάθλιψη
Πώς λειτουργεί το DBS και ο αντίκτυπός του
Το DBS περιλαμβάνει την εμφύτευση λεπτών ηλεκτροδίων σε μια συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου για την παροχή μικρών ηλεκτρικών παλμών, παρόμοιων με έναν βηματοδότη. Αν και το DBS έχει εγκριθεί και χρησιμοποιείται για διαταραχές κίνησης όπως η νόσος του Πάρκινσον εδώ και πολλά χρόνια, παραμένει πειραματικό για την κατάθλιψη. Αυτή η μελέτη είναι ένα κρίσιμο βήμα προς τη χρήση αντικειμενικών δεδομένων που συλλέγονται απευθείας από τον εγκέφαλο μέσω της συσκευής DBS για την ενημέρωση των κλινικών ιατρών σχετικά με την ανταπόκριση του ασθενούς στη θεραπεία. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν να βοηθήσουν στην καθοδήγηση προσαρμογών στη θεραπεία DBS, προσαρμόζοντάς την στη μοναδική απόκριση κάθε ασθενούς και βελτιστοποιώντας τα θεραπευτικά αποτελέσματα.
Παρακολούθηση και Τεχνητή Νοημοσύνη στη Θεραπεία
Τώρα, οι ερευνητές έχουν δείξει ότι είναι δυνατό να παρακολουθείται αυτό το αντικαταθλιπτικό αποτέλεσμα καθ’ όλη τη διάρκεια της θεραπείας, προσφέροντας στους κλινικούς ιατρούς ένα εργαλείο κάπως ανάλογο με μια δοκιμή γλυκόζης αίματος για διαβήτη ή παρακολούθηση της αρτηριακής πίεσης για καρδιακές παθήσεις: μια ανάγνωση της κατάστασης της νόσου ανά πάσα στιγμή . Είναι σημαντικό ότι διακρίνει τις τυπικές καθημερινές διακυμάνσεις της διάθεσης και την πιθανότητα επικείμενης υποτροπής του καταθλιπτικού επεισοδίου.
Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε τεχνητή νοημοσύνη (AI) για να ανιχνεύσει αλλαγές στην εγκεφαλική δραστηριότητα που συνέπεσαν με την ανάρρωση των ασθενών.
Η μελέτη, που χρηματοδοτείται από το Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας Έρευνα εγκεφάλου μέσω της προώθησης καινοτόμων νευροτεχνολογιών, ή της πρωτοβουλίας BRAIN, περιελάμβανε 10 ασθενείς με σοβαρή κατάθλιψη ανθεκτική στη θεραπεία, οι οποίοι υποβλήθηκαν όλοι στη διαδικασία DBS στο Πανεπιστήμιο Emory.
Προηγμένες τεχνικές και ευρήματα
Η ομάδα μελέτης χρησιμοποίησε μια νέα συσκευή DBS που επέτρεπε την καταγραφή της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Η ανάλυση αυτών των εγκεφαλικών εγγραφών σε διάστημα έξι μηνών οδήγησε στην αναγνώριση ενός κοινού βιοδείκτη που άλλαξε καθώς κάθε ασθενής ανέκαμψε από την κατάθλιψή του. Μετά από έξι μήνες θεραπείας με DBS, το 90% των ατόμων εμφάνισε σημαντική βελτίωση στα συμπτώματα κατάθλιψης και το 70% δεν πληρούσε πλέον τα κριτήρια για κατάθλιψη.
«Αυτή η μελέτη δείχνει πώς η νέα τεχνολογία και μια προσέγγιση που βασίζεται σε δεδομένα μπορούν να βελτιώσουν τη θεραπεία DBS για σοβαρή κατάθλιψη, η οποία μπορεί να είναι εξουθενωτική», λέει ο John Ngai, PhD, διευθυντής της πρωτοβουλίας BRAIN. «Αυτός ο τύπος συλλογικής εργασίας που κατέστη δυνατός από την BRAIN Initiative είναι που φέρνει τις υποσχόμενες θεραπείες πιο κοντά στην κλινική χρήση».
Τα υψηλά ποσοστά απόκρισης σε αυτή τη κοόρτη μελέτης επέτρεψαν στους ερευνητές να αναπτύξουν αλγόριθμους γνωστούς ως «εξηγήσιμη τεχνητή νοημοσύνη» που επιτρέπουν στους ανθρώπους να κατανοήσουν τη διαδικασία λήψης αποφάσεων των συστημάτων AI. Αυτή η τεχνική βοήθησε την ομάδα να αναγνωρίσει και να κατανοήσει τα μοναδικά εγκεφαλικά μοτίβα που διαφοροποιούσαν έναν «καταθλιπτικό» εγκέφαλο από έναν «αναρρωμένο» εγκέφαλο.
Πληροφορίες από ειδικούς
«Η χρήση εξηγήσιμης τεχνητής νοημοσύνης μας επέτρεψε να εντοπίσουμε πολύπλοκα και χρησιμοποιήσιμα μοτίβα εγκεφαλικής δραστηριότητας που αντιστοιχούν σε ανάκαμψη κατάθλιψης παρά τις περίπλοκες διαφορές στην ανάρρωση ενός ασθενούς», εξηγεί ο Sankar Alagapan PhD, ερευνητής της Georgia Tech και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Αυτή η προσέγγιση μας έδωσε τη δυνατότητα να παρακολουθούμε την ανάκαμψη του εγκεφάλου με τρόπο που ήταν ερμηνεύσιμος από την κλινική ομάδα, κάνοντας σημαντική πρόοδο στις δυνατότητες αυτών των μεθόδων να πρωτοπορήσουν νέες θεραπείες στην ψυχιατρική».
Η Helen S. Mayberg, MD, συν-ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, ηγήθηκε της πρώτης πειραματικής δοκιμής του DBS του υποκαλλοζικού φλοιού (SCC) για ασθενείς με κατάθλιψη ανθεκτικούς στη θεραπεία στο Πανεπιστήμιο Emory το 2003, αποδεικνύοντας ότι θα μπορούσε να έχει κλινικό όφελος. Το 2019, αυτή και η ομάδα του Emory ανέφεραν ότι η τεχνική είχε μια σταθερή και ισχυρή αντικαταθλιπτική δράση με συνεχιζόμενη θεραπεία για πολλά χρόνια για ασθενείς που είχαν προηγουμένως ανθεκτικότητα στη θεραπεία.
«Αυτή η μελέτη προσθέτει ένα σημαντικό νέο επίπεδο στην προηγούμενη εργασία μας, παρέχοντας μετρήσιμες αλλαγές στη βάση της προβλέψιμης και παρατεταμένης αντικαταθλιπτικής ανταπόκρισης που παρατηρείται όταν ασθενείς με ανθεκτική στη θεραπεία κατάθλιψη εμφυτεύονται με ακρίβεια στην περιοχή SCC και λαμβάνουν χρόνια θεραπεία DBS», λέει ο Mayberg, που ιδρύει τώρα. διευθυντής του Nash Family Center for Advanced Circuit Therapeutics στο Icahn Mount Sinai. «Πέρα από το να μας δώσει ένα νευρικό σήμα ότι η θεραπεία ήταν αποτελεσματική, φαίνεται ότι αυτό το σήμα μπορεί επίσης να παρέχει ένα έγκαιρο προειδοποιητικό σήμα ότι ο ασθενής μπορεί να χρειαστεί προσαρμογή DBS πριν από τα κλινικά συμπτώματα. Αυτό αλλάζει το παιχνίδι για το πώς μπορούμε να προσαρμόσουμε το DBS στο μέλλον.”
«Η κατανόηση και η αντιμετώπιση των διαταραχών του εγκεφάλου είναι μερικές από τις πιο πιεστικές μεγάλες προκλήσεις μας, αλλά η πολυπλοκότητα του προβλήματος σημαίνει ότι είναι πέρα από το πεδίο εφαρμογής οποιουδήποτε κλάδου για επίλυση», λέει ο Christopher Rozell, PhD, Julian T. Hightower Chair and Professor of Ηλεκτρολόγος και Μηχανικός Υπολογιστών στο Georgia Tech και συν-ανώτερος συγγραφέας της εργασίας. «Αυτή η έρευνα καταδεικνύει την τεράστια δύναμη της διεπιστημονικής συνεργασίας. Συγκεντρώνοντας την τεχνογνωσία στη μηχανική, τη νευροεπιστήμη και την κλινική φροντίδα, πετύχαμε σημαντική πρόοδο προς τη μετάφραση αυτής της τόσο αναγκαίας θεραπείας στην πράξη, καθώς και μια αυξημένη θεμελιώδη κατανόηση που μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη μελλοντικών θεραπειών».
Παρατηρήσεις και Περαιτέρω Έρευνα
Η έρευνα της ομάδας επιβεβαίωσε επίσης μια μακροχρόνια υποκειμενική παρατήρηση από ψυχιάτρους: καθώς ο εγκέφαλος των ασθενών αλλάζει και η κατάθλιψή τους μειώνεται, αλλάζουν και οι εκφράσεις του προσώπου τους. Τα εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης της ομάδας εντόπισαν μοτίβα στις μεμονωμένες εκφράσεις του προσώπου που αντιστοιχούσαν στη μετάβαση από μια κατάσταση ασθένειας στη σταθερή ανάκαμψη. Αυτά τα πρότυπα αποδείχθηκαν πιο αξιόπιστα από τις τρέχουσες κλίμακες κλινικής αξιολόγησης.
Επιπλέον, η ομάδα χρησιμοποίησε δύο τύπους απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού για να εντοπίσει τόσο δομικές όσο και λειτουργικές ανωμαλίες στη λευκή ουσία του εγκεφάλου και τις διασυνδεδεμένες περιοχές που αποτελούν το δίκτυο που στοχεύει η θεραπεία. Διαπίστωσαν ότι αυτές οι ανωμαλίες συσχετίζονται με τον χρόνο που απαιτείται για να αναρρώσουν οι ασθενείς, με πιο έντονα ελλείμματα στο στοχευμένο εγκεφαλικό δίκτυο να συσχετίζονται με μεγαλύτερο χρονικό διάστημα για να δείξει η θεραπεία τη μέγιστη αποτελεσματικότητα. Αυτές οι παρατηρούμενες αλλαγές του προσώπου και τα δομικά ελλείμματα παρέχουν στοιχεία συμπεριφοράς και ανατομίας που υποστηρίζουν τη συνάφεια της υπογραφής ή του βιοδείκτη της ηλεκτρικής δραστηριότητας.
«Όταν θεραπεύουμε ασθενείς με κατάθλιψη, βασιζόμαστε στις αναφορές τους, σε μια κλινική συνέντευξη και σε ψυχιατρικές κλίμακες αξιολόγησης για την παρακολούθηση των συμπτωμάτων. Άμεσα βιολογικά σήματα από τον εγκέφαλο των ασθενών μας θα παρέχουν ένα νέο επίπεδο ακρίβειας και αποδεικτικών στοιχείων που θα καθοδηγούν τις θεραπευτικές μας αποφάσεις», λέει ο Patricio Riva-Posse, MD, αναπληρωτής καθηγητής και διευθυντής της Υπηρεσίας Επεμβατικής Ψυχιατρικής στο Τμήμα Ψυχιατρικής και Επιστημών της Συμπεριφοράς στο Emory University School of Medicine, και επικεφαλής ψυχίατρος για τη μελέτη.
Δεδομένων αυτών των αρχικών υποσχόμενων αποτελεσμάτων, η ομάδα επιβεβαιώνει τώρα τα ευρήματά της σε μια άλλη ολοκληρωμένη ομάδα ασθενών στο όρος Σινά. Χρησιμοποιούν την επόμενη γενιά του συστήματος διπλής διέγερσης/ανίχνευσης DBS με στόχο να μεταφράσουν αυτά τα ευρήματα στη χρήση μιας εμπορικά διαθέσιμης έκδοσης αυτής της τεχνολογίας.
Για περισσότερα σχετικά με αυτήν την έρευνα:
Αναφορά: «Cingulate dynamics track ανάκτηση της κατάθλιψης με βαθιά διέγερση του εγκεφάλου» από τους Sankaraleengam Alagapan, Ki Sueng Choi, Stephen Heisig, Patricio Riva-Posse, Andrea Crowell, Vineet Tiruvadi, Mosadoluwa Obatusin, Ashan Veerakumar, Allison C. Waters, Robert E. Gros , Sinead Quinn , Lydia Denison , Matthew O’Shaughnessy , Marissa Connor , Gregory Canal , Jungho Cha , Rachel Hershenberg , Tanya Nauvel , Faical Isbaine , Muhammad Furqan Afzal , Martijn Figee , Brian Helen S Buterape , Brian H. Christopher J. Rozell, 20 Σεπτεμβρίου 2023, Φύση.
DOI: 10.1038/s41586-023-06541-3
Η έρευνα που αναφέρεται σε αυτό το δελτίο τύπου υποστηρίχθηκε από το National Institutes of Health BRAIN Initiative με αριθμό βραβείου UH3NS103550. το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, αρ. επιχορήγησης CCF-1350954. το Ίδρυμα Έρευνας Ελπίδας για την Κατάθλιψη. και την έδρα Julian T. Hightower στο Georgia Tech. Τυχόν απόψεις, πορίσματα και συμπεράσματα ή συστάσεις που εκφράζονται σε αυτό το υλικό ανήκουν στους συγγραφείς και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα τις απόψεις οποιουδήποτε φορέα χρηματοδότησης.
Διαβάστε επίσης:
Η φλόγα της δόξας που φωτίζει το μονοπάτι προς την ασφάλεια στο διάστημα
Πώς η διέγερση του εγκεφάλου μπορεί να βελτιώσει την εκμάθηση των μαθηματικών
Οι φυσικοί ανοίγουν νέο μονοπάτι σε μια εξωτική μορφή υπεραγωγιμότητας
