सर्जन अपने मरीजों के दौरों के स्रोत का पता लगाने के लिए पूरे दिमाग का अनुकरण कर रहे हैं

एक दशक पहले, ब्लू-स्काई लक्ष्य के साथ ह्यूमन ब्रेन प्रोजेक्ट लॉन्च किया गया था: मानव मस्तिष्क को डिजिटाइज़ करना।

लक्ष्य लोगों के समूहों से एक औसत मस्तिष्क का निर्माण करना नहीं था। बल्कि, यह एक व्यक्तिगत आभासी मस्तिष्क जुड़वां में एक व्यक्ति के अद्वितीय तंत्रिका कनेक्शन के कुछ हिस्सों को दोहराने के लिए था।

निहितार्थ बहुत बड़े थे: सिम्युलेटेड दिमाग कुछ सबसे परेशान करने वाले न्यूरोलॉजिकल रोगों को हल करने में मदद करने के लिए महत्वपूर्ण सुराग प्रदान कर सकता है। पशु मॉडल का उपयोग करने के बजाय, वे अल्जाइमर मस्तिष्क का बेहतर प्रतिनिधित्व कर सकते हैं, या आत्मकेंद्रित या मिर्गी वाले लोगों में से एक।

बिलियन-यूरो प्रोजेक्ट था शुरू में बहुत संदेह से मिले. फिर भी जैसे ही यह परियोजना पिछले महीने पूरी हुई, इसने एक मील का पत्थर हासिल किया। एक अध्ययन में इस जनवरी में प्रकाशित, टीमों ने दिखाया कि मिर्गी से पीड़ित लोगों के आभासी मस्तिष्क मॉडल न्यूरोसर्जन को उनके दौरे के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क क्षेत्रों का बेहतर शिकार करने में मदद कर सकते हैं।

प्रत्येक आभासी मस्तिष्क को कम्प्यूटेशनल मॉडल में टैप किया जाता है जिसे वर्चुअल एपिलेप्टिक पेशेंट (वीईपी) कहा जाता है, जो अपने डिजिटल जुड़वां बनाने के लिए एक व्यक्ति के मस्तिष्क स्कैन का उपयोग करता है। एआई की एक खुराक के साथ, टीम ने अनुकरण किया कि कैसे जब्ती गतिविधि पूरे मस्तिष्क में फैलती है, जिससे हॉटस्पॉट्स को स्पॉट करना आसान हो जाता है और सर्जिकल हस्तक्षेप को बेहतर ढंग से लक्षित किया जा सकता है। विधि का परीक्षण अब एक में किया जा रहा है चल रहे नैदानिक ​​परीक्षण एपिनोव कहा जाता है। सफल होने पर, यह मिर्गी की सर्जरी के लिए इस्तेमाल की जाने वाली पहली व्यक्तिगत मस्तिष्क मॉडलिंग विधि होगी और अन्य न्यूरोलॉजिकल विकारों से निपटने के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकती है।

परिणाम की विरासत का हिस्सा होंगे आभासी मस्तिष्क (TVB), व्यक्तिगत तंत्रिका कनेक्शन को डिजिटाइज़ करने के लिए एक कम्प्यूटेशनल प्लेटफ़ॉर्म। शिकार बरामदगी अभी शुरुआत है। फ्रांस में ऐक्स-मार्सिले विश्वविद्यालय में डॉ विक्टर जिरसा के लिए, जिन्होंने प्रयास का नेतृत्व किया, ये सिमुलेशन बदल सकते हैं कि हम न्यूरोलॉजिकल विकारों का निदान और उपचार कैसे करते हैं।

स्पष्ट होने के लिए: मॉडल मानव मस्तिष्क की सटीक प्रतिकृतियां नहीं हैं। इस बात का कोई सबूत नहीं है कि वे "सोच" रहे हैं या किसी भी तरह से सचेत हैं। इसके बजाय, वे व्यक्तिगत मस्तिष्क नेटवर्क का अनुकरण करते हैं - अर्थात, कैसे एक मस्तिष्क क्षेत्र दूसरे से "बात" करता है - उनके तारों की छवियों के आधार पर।

"जैसा कि व्यक्तिगत आभासी मस्तिष्क मॉडल की भविष्य कहनेवाला शक्ति के समर्थन में सबूत जमा होते हैं, और नैदानिक ​​​​परीक्षणों में तरीकों का परीक्षण किया जाता है, आभासी दिमाग निकट भविष्य में नैदानिक ​​​​अभ्यास को सूचित कर सकते हैं," जिरसा और सहयोगियों लिखा था.

जैविक से डिजिटल दिमाग

बड़े पैमाने पर ब्रेन मैपिंग प्रोजेक्ट अब लगते हैं नगण्य. उनकी ओर से वह नक्शा एक स्तनधारी मस्तिष्क में कनेक्शन करता है उन लोगों के लिए जो मस्तिष्क के एल्गोरिदम को दूर करते हैं तंत्रिका तारों, ब्रेन मैप्स कई एटलस में विकसित हो गए हैं और किसी के भी अन्वेषण के लिए 3डी मॉडल.

2013 के लिए फ्लैशबैक। मस्तिष्क को समझने के लिए एआई सिर्फ एक सपना था- लेकिन पहले से ही डीपमाइंड के नाम से जाना जाने वाला एक स्क्रैपी स्टार्टअप द्वारा पीछा किया गया। न्यूरोसाइंटिस्ट न्यूरल कोड-मस्तिष्क के एल्गोरिदम-सफलता के साथ शिकार कर रहे थे, लेकिन स्वतंत्र प्रयोगशालाओं में।

क्या होगा अगर हम उन प्रयासों को मिला दें?

मानव मस्तिष्क परियोजना (एचबीपी) दर्ज करें। 500 विश्वविद्यालयों और अन्य शोध संस्थानों में 140 से अधिक वैज्ञानिकों के साथ, यूरोपीय संघ परियोजना अमेरिका के साथ-साथ पहले बड़े पैमाने के कार्यक्रमों में से एक बन गई।  ब्रिन पहल और जापान की दिमाग/दिमाग—मस्तिष्क के जटिल संबंधों को डिजिटल रूप से मैप करके उसके रहस्यों को सुलझाने का प्रयास करना।

HBP के मूल में एक डिजिटल प्लेटफॉर्म है जिसे EBRAINS कहा जाता है। इसे एक सार्वजनिक वर्ग के रूप में सोचें, जहां न्यूरोसाइंटिस्ट इकट्ठा होते हैं और व्यापक समुदाय के साथ सहयोग करने के लिए अपने डेटा को खुले तौर पर साझा करते हैं। बदले में, यह आशा की जाती है कि वैश्विक प्रयास मस्तिष्क के आंतरिक कार्यकलापों के बेहतर मॉडल उत्पन्न कर सकते हैं।

परवाह क्यों? हमारे विचार, यादें और भावनाएं सभी मस्तिष्क के तंत्रिका नेटवर्क में कूटबद्ध हैं। जिस तरह स्थानीय सड़कों के लिए Google मानचित्र ट्रैफ़िक पैटर्न में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है, मस्तिष्क मानचित्र इस बात पर विचार कर सकते हैं कि तंत्रिका नेटवर्क सामान्य रूप से कैसे संवाद करते हैं - और जब वे गड़बड़ा जाते हैं।

एक उदाहरण: मिरगी.

द वर्चुअल एपिलेप्सी ट्विन

मिर्गी दुनिया भर में लगभग 50 मिलियन लोगों को प्रभावित करती है और असामान्य मस्तिष्क गतिविधि से शुरू होती है। चिकित्सा उपचार हैं। दुर्भाग्य से, लगभग एक-तिहाई रोगी जब्ती-विरोधी दवाओं का जवाब नहीं देते हैं और उन्हें सर्जरी की आवश्यकता होती है।

यह एक कठिन प्रक्रिया है। बरामदगी के स्रोत (एपिलेप्टोजेनिक ज़ोन कहा जाता है) का पता लगाने के लिए मरीजों को कई इलेक्ट्रोड के साथ प्रत्यारोपित किया जाता है। एक सर्जन तब मस्तिष्क के उन हिस्सों को दूर कर देता है, जिससे अवांछित तंत्रिका बिजली के तूफानों को शांत करने और दुष्प्रभावों को कम करने की उम्मीद होती है।

अनुपचारित मिर्गी वाले लोगों के लिए सर्जरी एक "विशाल गेम चेंजर" है, कहा यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन में डॉ अश्विन चारी, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे। लेकिन प्रक्रिया में केवल लगभग 60 प्रतिशत सफलता दर है, बड़े पैमाने पर क्योंकि एपिलेप्टोजेनिक ज़ोन को इंगित करना कठिन है।

"सर्जरी होने से पहले, रोगी के पास यह निर्धारित करने के लिए एक पूर्व-मूल्यांकन होना चाहिए कि क्या और कैसे सर्जिकल उपचार न्यूरोलॉजिकल घाटे के बिना उनके दौरे को रोक सकता है," कहा जिरसा और सहयोगियों।

वर्तमान विधि मस्तिष्क स्कैन के असंख्य पर निर्भर करती है। एमआरआई (चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग), उदाहरण के लिए, मस्तिष्क की विस्तृत संरचनाओं को मैप कर सकता है। ईईजी (इलेक्ट्रोएन्सेफ्लोग्राफी) खोपड़ी के ऊपर रणनीतिक रूप से रखे गए इलेक्ट्रोड के साथ मस्तिष्क के विद्युत पैटर्न को कैप्चर करता है।

एसईईजी (स्टीरियोइलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी) अगला जब्ती शिकारी है। यहां, संदिग्ध क्षेत्रों की दो सप्ताह तक निगरानी करने के लिए 16 इलेक्ट्रोड तक सीधे खोपड़ी में रखे जाते हैं। विधि, जबकि शक्तिशाली है, परिपूर्ण से बहुत दूर है। विभिन्न आवृत्तियों पर मस्तिष्क की विद्युत गतिविधि "गुंजन" करती है। बुनियादी हेडफ़ोन की एक जोड़ी की तरह, एसईईजी उच्च-आवृत्ति मस्तिष्क गतिविधि को कैप्चर करता है लेकिन "बास" को याद करता है - कभी-कभी बरामदगी में देखी जाने वाली कम-आवृत्ति विपथन।

नए अध्ययन में, टीम ने इन सभी परीक्षा परिणामों को वर्चुअल ब्रेन प्लेटफॉर्म पर निर्मित वर्चुअल एपिलेप्टिक पेशेंट मॉडल में एकीकृत किया। यह एमआरआई और सीटी स्कैन से प्रत्येक रोगी के मस्तिष्क की छवियों के साथ शुरू होता है - बाद वाला मस्तिष्क क्षेत्रों को जोड़ने वाले सफेद पदार्थ राजमार्गों को ट्रैक करता है। डेटा, जब SEEG रिकॉर्डिंग के साथ जोड़ा जाता है, तो "नोड्स" के साथ वैयक्तिकृत मानचित्रों में लुढ़का जाता है - मस्तिष्क के भाग जो एक दूसरे से अत्यधिक जुड़े होते हैं।

रोगी पर कोई अतिरिक्त प्रयास या तनाव न होने के कारण, ये वैयक्तिकृत मानचित्र पूर्व-सर्जिकल स्क्रीनिंग रूटीन का हिस्सा बन जाते हैं।

मशीन-लर्निंग-आधारित सिमुलेशन का उपयोग करके, टीम एक "डिजिटल जुड़वां" बना सकती है जो मोटे तौर पर किसी व्यक्ति की मस्तिष्क संरचना, गतिविधि और गतिशीलता की नकल करती है। मिर्गी से पीड़ित 53 लोगों के पूर्वव्यापी परीक्षण में, उन्होंने डिजिटल मस्तिष्क में जब्ती जैसी गतिविधि को ट्रिगर करके प्रत्येक व्यक्ति के दौरे के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क क्षेत्र का शिकार करने के लिए इन आभासी दिमागों का उपयोग किया। कई वर्चुअल सर्जरी का परीक्षण करते हुए, टीम ने सर्वोत्तम परिणाम के लिए निकालने के लिए क्षेत्र ढूंढे।

एक उदाहरण में, टीम ने एक मरीज के लिए एक आभासी मस्तिष्क उत्पन्न किया, जिसके मस्तिष्क के 19 हिस्सों को उसके दौरे से छुटकारा दिलाने के लिए हटा दिया गया था। सिम्युलेटेड सर्जरी का उपयोग करते हुए, आभासी परिणाम वास्तविक परिणामों से मेल खाते हैं।

कुल मिलाकर, सिमुलेशन पूरे मस्तिष्क को शामिल करते हैं। वे लगभग एक वर्ग मिलीमीटर के रिज़ॉल्यूशन के साथ 162 मस्तिष्क क्षेत्रों के वैयक्तिकृत एटलस हैं - मोटे तौर पर रेत के एक छोटे दाने के आकार के। टीम पहले से ही संकल्प को एक हजार गुना बढ़ाने के लिए काम कर रही है।

एक व्यक्तिगत भविष्य

चल रहे मिर्गी के परीक्षण EPINOV ने 350 से अधिक लोगों को भर्ती किया है। वैज्ञानिक एक वर्ष के लिए अपने परिणामों का पालन करेंगे यह देखने के लिए कि क्या एक डिजिटल सरोगेट मस्तिष्क उन्हें बरामदगी से मुक्त रखने में मदद करता है।

एक दशक के काम के बावजूद, विकारों के इलाज के लिए आभासी मस्तिष्क मॉडल का उपयोग करने के लिए अभी शुरुआती दिन हैं। एक के लिए, तंत्रिका कनेक्शन समय के साथ बदलते हैं। मिर्गी रोगी का एक मॉडल समय में केवल एक स्नैपशॉट है और उपचार या अन्य जीवन की घटनाओं के बाद उनकी स्वास्थ्य स्थिति को प्रदर्शित नहीं कर सकता है।

लेकिन वर्चुअल ब्रेन एक शक्तिशाली टूल है। मिर्गी से परे, यह वैज्ञानिकों को पार्किंसंस रोग या मल्टीपल स्केलेरोसिस जैसे अन्य न्यूरोलॉजिकल विकारों का पता लगाने में मदद करने के लिए तैयार है। अंत में, जिरसा ने कहा, यह सहयोग के बारे में है।

"कम्प्यूटेशनल न्यूरोमेडिसिन को उच्च-रिज़ॉल्यूशन मस्तिष्क डेटा और रोगी विशिष्टता को एकीकृत करने की आवश्यकता है," उन्होंने कहा कहा. "हमारा दृष्टिकोण EBRAINS में अनुसंधान प्रौद्योगिकियों पर बहुत अधिक निर्भर करता है और केवल मानव मस्तिष्क परियोजना जैसे बड़े पैमाने पर, सहयोगी परियोजना में ही संभव हो सकता था।"

छवि क्रेडिट: कॉमर्स / Unsplash 

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• स्रोत: https://singularityhub.com/2023/04/11/surgeons-are-simulating-whole-brains-to-pin-down-the-source-of-their-patients-seizures/