Ученые разработали новый вычислительный подход, который учитывает активность мозга отдельных пациентов для расчета оптимального индивидуального лечения с помощью стимуляции мозга при болезни Альцгеймера. Лазаро Санчес-Родригес из Университета Калгари, Канада, и его коллеги представляют свою новую структуру в вычислительной биологии PLOS.
Электрическая стимуляция определенных частей мозга может способствовать здоровой активности нервных цепей, нарушенных болезнью Альцгеймера, нейродегенеративным состоянием. Это экспериментальное лечение показало некоторые перспективы в клинических испытаниях. Однако в настоящее время все пациенты получают идентичные протоколы лечения, что может привести к различным результатам в зависимости от индивидуальных изменений в передаче сигналов в головном мозге.
Чтобы исследовать возможность персонализированной стимуляции мозга, Санчес-Родригес и его коллеги использовали теоретический подход. Они создали вычислительный инструмент, который включает в себя МРТ-сканирование пациентов и измерения физиологических сигналов мозга для расчета оптимальных сигналов стимуляции мозга с целью предоставления эффективного и действенного индивидуального лечения.
Новый подход основан на вычислительной стратегии, известной как зависимое от состояния управление уравнением Риккати (SDRE), которое применялось в других областях, таких как аэрокосмическая техника, для оптимизации входных сигналов, управляющих динамическими нелинейными системами, такими как человеческий мозг. Эта стратегия позволила новому инструменту идентифицировать определенные области мозга, которые не получат выгоды от стимуляции мозга.
Исследователи также использовали свою новую схему, чтобы показать, что определенные части мозга, лимбическая система и структуры базальных ганглиев могут служить особенно мощными мишенями для стимуляции мозга при болезни Альцгеймера. Более того, они обнаружили, что пациенты, чьи нейронные структуры сильно интегрированы в сеть мозга, могут быть наиболее подходящими кандидатами для стимуляции.
«С нашей новой структурой мы приближаемся к стиранию разрыва в знаниях между теорией и применением в области стимуляции мозга», – говорит Санчес-Родригес. «Я думаю, что скоро мы увидим бум в применении нашей структуры и аналогичных инструментов для изучения других заболеваний, связанных с нарушением мозговой деятельности, таких как эпилепсия и болезнь Паркинсона.”
Затем исследователи планируют усовершенствовать свой инструмент, чтобы он учитывал дополнительные различия в активности мозга у разных пациентов. Подход необходимо будет протестировать на животных, прежде чем он войдет в клинические испытания.