La estimulación cerebral puede reconfigurar las conexiones para tratar afecciones psiquiátricas, pero hay un problema

vínculos entre Las neuronas de tu cerebro te permiten hacer cosas asombrosas, desde cepillarte los dientes hasta resolver ecuaciones de cálculo. Cuando estas conexiones se dañan, a menudo como resultado de condiciones como un accidente cerebrovascular o una lesión cerebral traumática, estas habilidades pueden perderse. Sin embargo, la activación directa de las neuronas con pequeños impulsos eléctricos puede ayudar Vuelva a cablear estas conexiones El trabajo puede ser restaurado.

Actualmente, los médicos utilizan esta técnica llamada estimulación neuronalpara tratar condiciones tales como Enfermedad de Parkinson Y el depresión. Creemos que la neuroestimulación tiene el potencial no solo de tratar los síntomas, sino también de tratar una amplia gama de enfermedades al reparar las conexiones dañadas. Sin embargo, no ha quedado claro cómo ajustar mejor la estimulación para dirigirse específicamente a las conexiones dañadas dentro del cerebro.

Nuevas formas de Neurotecnología La modelización estadística que se ha desarrollado en los últimos años ha hecho posible la respuesta a esta pregunta. Nuestro equipo está formado por biomedicina Mohandessin Y el estadísticos Usaron estas herramientas para mostrar que los cambios que la neuroestimulación trae a las neuronas dependen de cómo están conectadas en primer lugar. En otras palabras, para que la neuroestimulación funcione, tiene que ser Diseñado para adaptarse a la mente de todos..

Las nuevas tecnologías destacan la motivación

Para explorar los factores que influyen fuertemente en los efectos de la neuroestimulación, estimulamos los cerebros de dos monos y registramos cómo cambiaban las conexiones entre diferentes regiones. Nos enfocamos en áreas del cerebro involucradas en el movimiento motor y el procesamiento sensorial, áreas que a menudo se ven afectadas por condiciones neurológicas como un accidente cerebrovascular.

Registramos nuestros datos extensamente interfaz neural Un dispositivo que se asienta directamente sobre la superficie de un cerebro vivo y registra la actividad de las neuronas debajo. Nuestra interfaz neuronal pudo estimular con precisión cada área a través de ella. optogenética, una tecnología que destaca neuronas modificadas genéticamente para activarlas. Aunque aún no está aprobada para su uso en personas, la optogenética tiene ventajas únicas sobre otras formas de neuroestimulación que la hacen particularmente útil para comprender cómo afecta la estimulación al cerebro. Esto incluye su capacidad para realizar una grabación de alta calidad de las señales eléctricas generadas por el cerebro.

Luego analizamos nuestros datos con la extensión algoritmo de inteligencia artificial Diseñado para predecir cómo las conexiones cerebrales preexistentes y los diferentes parámetros de estimulación afectarán al cerebro.

Este algoritmo es similar a otras técnicas de inteligencia artificial como aprendizaje profundo que encuentra relaciones complejas en datos que son difíciles o imposibles de identificar. Pero a diferencia de estos modelos de «caja negra» que hacen imposible que los investigadores comprendan cómo llegaron a sus hallazgos, nuestro método nos permite ver por qué y cómo hacer sus predicciones. Usando este algoritmo, pudimos probar los diferentes factores que influyen en los cambios de conectividad y visualizar cómo cada uno de ellos contribuye a la predicción general realizada por el modelo. Estos factores incluyeron pausas entre sesiones de estimulación, la distancia entre los sitios de estimulación en el cerebro y el área del cerebro en la que se colocaron los electrodos, entre otros.

Descubrimos que las conexiones en el cerebro, no cómo se entregaba el estímulo, eran el factor más importante para predecir los cambios en el cerebro. Lo que esto indica es que las cualidades únicas del cerebro de cada individuo son esenciales para comprender cómo responden a la estimulación, lo que indica la necesidad de adaptar el tratamiento para maximizar sus beneficios. Esto podría parecer como asignar la fuerza, la frecuencia y la ubicación del neuroestímulo al cerebro de cada persona.

¿Por qué es importante la personalización?

La estimulación cerebral tiene el potencial de tratar una amplia gama de condiciones neurológicas. Nuestro trabajo sugiere que estudiar cómo la conectividad cerebral actual afecta la respuesta del neuroestímulo puede ser una nueva dirección que amerita una mayor investigación. Creemos que cambiar las propias conexiones neuronales para efectos a largo plazo, en lugar de estimular las neuronas para cambios a corto plazo en la actividad neuronal, puede ayudar a que los tratamientos pasen de tratar simplemente los síntomas a tratar las afecciones directamente.

Una condición de salud en la que la personalización puede mejorar las terapias de estimulación cerebral es el accidente cerebrovascular, que es uno de los razones principales Para discapacidad grave a largo plazo y muerte en los EE. UU. Si bien el cerebro puede reparar parcialmente el daño causado por un accidente cerebrovascular, tiene ventana de 2 semanas Hacer esto antes de que las posibilidades de recuperación disminuyan drásticamente.

Un estudio clínico fallido de 2008 en el que uno de nosotros participó, y sendero del everestExplore el potencial del uso de la estimulación cerebral para prolongar este período de recuperación y ayudar a los sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares a recuperar la movilidad. Según nuestro estudio reciente, planteamos la hipótesis de que el ensayo clínico puede haber fracasado porque los investigadores aplicaron la misma estimulación general a todos los pacientes en lugar de adaptarla a cada cerebro individual.

Aplicar los mismos estándares de estimulación cerebral podría haber funcionado roedores estudios, pero los cerebros humanos son mucho más complejos. Si bien no podemos saber con certeza si esta fue la razón del fracaso del ensayo clínico, nuestra investigación sugiere que la estimulación podría haber tenido que ser más personalizada para ser efectiva.

Próximos pasos para personalizar la estimulación cerebral

Nuestro trabajo muestra que adaptar la terapia a cada cerebro individual puede ayudar a mejorar los resultados de la estimulación cerebral y ofrece herramientas para estudiar cómo la conectividad neuronal afecta la estimulación. Pero se necesita más investigación para descubrir la mejor manera de personalizarlo fortaleciendo o debilitando las conexiones neuronales definidas con precisión.

También vale la pena señalar que hasta ahora hemos probado nuestro método en solo dos regiones del cerebro. Planeamos replicar este estudio en otras regiones del cerebro para verificar que nuestros resultados se pueden generalizar en todo el cerebro y son aplicables a diferentes condiciones neuropsiquiátricas. También estamos en el proceso de usar nuestra interfaz neuronal y el algoritmo de IA para diseñar patrones de estimulación que pueden generar cambios específicos en el cerebro para reparar conexiones disfuncionales.

El potencial completo de la estimulación cerebral no se realizará hasta que los científicos comprendan mejor cómo afecta al cerebro. Creemos que descubrir cómo los patrones actuales de conectividad cerebral interactúan y cambian con la estimulación podría abrir las puertas a más tratamientos y terapias para afecciones neuropsiquiátricas.

Este artículo fue publicado originalmente en Conversación por Azadeh Yazdan, Shah Murad, Alec Graves Tunnel y Julian Bloch en la Universidad de Washington. Leer el El artículo original está aquí.