Мозъчните разстройства са огромно предизвикателство в областта на здравето
(снимка: CC0 Public Domain)
Витория Д’Алесио
В продължение на две години д-р Ислем Рекик провежда финансирано от ЕС проучване, което има за цел да се установи как изглеждат невронните мрежи в здравия мозък, за да може по-лесно да се открият дисфункциониращите невронни мрежи.
Рекик и екипът ѝ са използвали голямо количество данни от триизмерни изображения на мозъка, като например изображения, получени чрез ядрено-магнитен резонанс, и са съставили от тях двуизмерни карти, на които са представени невронните мрежи в мозъка. Всяка мрежа, известна като „конектом“ и подобна на електрическа схема, разкрива приличаща на лабиринт система от неврони, свързващи различните зони на мозъка.
Планове за бъдещето
На базата на тези конектоми изследователите са създали шаблони на връзките в мозъка, които служат като невронни отпечатъци. Шаблоните картографират как е структуриран мозъкът, когато всички невронни мрежи са правилно подредени и функционират както трябва (като се вземат предвид естествените вариации, очаквани при дадена популация от здрави хора).
„Мозък, в който е възникнало разстройство, ще изглежда като карта с невронни мрежи, различаващи се от наблюдаваните в шаблона на здравия мозък“, обяснява Рекик, директор на Лабораторията за изследване и анализ на мозъка и сигналите (BASIRA) към Техническия университет в Истанбул, Турция. „Когато поставите такава карта върху шаблона, дисфункцията се откроява.“
Мозъчните разстройства са огромно предизвикателство в областта на здравето – както за един от всеки трима европейци, за който се очаква, че ще страда от неврологично или психиатрично разстройство, така и за службите, полагащи грижи за заболелите.
По принцип колкото по-рано се диагностицират тези проблеми, толкова по-добре. При ранното лечение се увеличават шансовете за забавяне настъпването на потенциално необратимо увреждане на мозъчната тъкан или за спиране на развитието и възстановяване от такова увреждане.
При някои мозъчни разстройства обаче, в това число при болест на Алцхаймер, аутизъм, епилепсия и нарушения на съня, е особено трудно да се постави диагноза. Дори и след установяването на тези заболявания в много случаи възможностите за лечение са ограничени.
Такива видове заболявания се категоризират като „сложни“, което отразява факта, че при тях няма един-единствен дефект в структурата на мозъка или в начина, по който той е устроен.
Предизвикателството пред учените се състои не само в идентифициране на областите, засегнати от сложното мозъчно разстройство, но и в откриване на плетеницата от невронни пътища, които се активират при изпращането на съобщения между засегнатите области.
Основни връзки
Чрез по-ясното разбиране на тези основни връзки изследователите могат да добият по-пълна представа за сложните разстройства и да започнат търсенето на лечения, които да бъдат насочени към основните проблеми в невронната мрежа.
В рамките на проекта NormNets, който е продължил до март 2022 г., или общо 24 месеца, Рекик и екипът ѝ са създали карти на невронните мрежи в мозъка и шаблони на връзките между тях.
Учените се надяват, че при сравняването на невронния отпечатък на мозък, в който е възникнало разстройство, с отпечатъка, получен при популация от лица със здрав мозък, ще бъде по-лесно да се открият грешките в невронната мрежа и пациентът да се насочи своевременно към най-подходящото лечение.
Сега изследователите усъвършенстват методите за машинно обучение, за да анализират картите на мозъка на отделните пациенти.
В крайна сметка те планират шаблонът на здравия мозък да бъде с отворен код. Това означава, че всички специалисти, работещи в областта на заболяванията на мозъка (от генетици и епигенетици до невролози и невропсихолози), ще могат да го използват безплатно за провеждане на проучвания.
С помощта на своя метод за картографиране изследователите вече са идентифицирали най-важните невронни мрежи в мозъка, свързани с леките когнитивни нарушения и с някои форми на аутизъм. Въпреки че разработването на превантивни терапии и на лечения за тези заболявания все още предстои, Рекик е убедена, че изследванията на групата ѝ ще проправят пътя към откриването на бъдещи лечения.
„Следващата стъпка ще бъде да се разработят лечения, които да са насочени не само към конкретен участък от мозъка, а към целия конектом“, казва тя. „Шаблонът ще бъде и инструмент за сравняване на изображенията на мозъка на отделни лица от раждането до края на живота им, което означава, че ще можем да проследим промените, настъпващи в мозъка с течение на времето, както при здрави хора, така и при пациенти, при които с възрастта се развиват невродегенеративни заболявания.“
Усъвършенствани данни
Друг проблем сред учените, работещи в областта на сложните мозъчни заболявания, е бързото диагностициране на пациентите, така че да може незабавно да се осигурят персонализирани грижи.
Европейският съюз финансира отделен проект за подобряване на точността при поставянето на диагнозата и на клиничните резултати при лечението на сложни мозъчни разстройства.
Инициативата, наречена MES-CoBraD и продължаваща до март 2024 г., има за цел да се разработи платформа, в която да може да се обработват разнообразни медицински данни от реалната клинична практика.
В платформата се събират и интегрират големи количества анонимизирана информация от различни източници, включително болници, съществуващи бази данни за научноизследователска дейност, смарт часовници и фитнес тракери.
След това тази информация се използва в платформата за провеждане на експерименти, чрез които се генерират нови научни знания, и за обучение на компютърни алгоритми, поддържани от изкуствен интелект (ИИ). Алгоритмите, известни като експертни системи, имитират и разширяват способностите за вземане на решения от хората експерти.
Д-р Христос Нтанос, директор по научноизследователската дейност в Лабораторията за системи за подпомагане на вземането на решения към Националния технически университет в Атина, Гърция, е координатор на MES-CoBraD. Той обръща внимание на изгледите за успех и на ограниченията на технологии като ИИ.
„С въвеждането на експертните системи и на изкуствения интелект в неврологията и в медицината като цяло лекарите могат да увеличат положителното въздействие, което оказват върху пациентите си“, казва Нтанос. „Въпреки това е необходимо да бъдем внимателни – машините трябва да се използват, за да допълват експертните познания на медицинските специалисти и да им помагат да вземат правилни решения. Те обаче не са заместители на човешката преценка и отговорност.“
Поради самото естество на сложните мозъчни разстройства при тях е трудно да се постави диагноза от човек. В много случаи дадено разстройство се проявява със съпътстващи заболявания, което затруднява разграничаването на отделните проблеми и намалява точността на диагностициране.
„Обикновено, дори ако е възможно основното разстройство да се диагностицира сравнително лесно, идентифицирането на съпътстващото заболяване може да представлява сериозно предизвикателство“, казва Нтанос. „Чрез използването на данни от реалната клинична практика, на усъвършенствани анализи и на ИИ се стремим да подобрим точността при поставянето на диагнозата и да определим най-ефективните лечения както за основното, така и за съпътстващите го заболявания.“
С акцент върху отделния пациент
В рамките на MES-CoBraD се планира на изследователските институти в цяла Европа да се предложи платформа, в която да провеждат свои собствени анализи и тестове.
Например учени от университетска болница може да събират данни от пациентите си, да анонимизират информацията, да я качват в платформата и да провеждат експерименти с помощта на предоставените инструменти.
Очаква се лекарите и пациентите им също да имат пряка полза от платформата.
„В крайна сметка целта е лекарите да използват експертните системи в платформата, за да поставят диагнози на отделните пациенти“, споделя Нтанос.
Самият той е бил участник в един от експериментите по проекта.
„Участвах в проучване на съня, в което се използваха данни, събрани в миналото, и данни, събрани от доброволци като мен в настоящето“, обяснява Нтанос. „Когато не спите много добре, както се случва често при мен, някои от вас се чудят дали този проблем е свързан със стрес, или се дължи на друга причина.“
В продължение на една седмица той следи храненето и ежедневните си дейности, отговаря на много въпроси, прави тестове за паметта, носи часовник, известен като актиграф, чрез който се наблюдават периодите на почивка и активност, а след това се свързва с 40 – 50 сензора, преди да заспи.
„Добрата новина е, че платформата и неврологът стигнаха до едно и също заключение – при мен няма неврологичен проблем“, казва Нтанос. „Това е просто стрес.“
Тази статия е публикувана за първи път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.