מנתחים מדמים מוחות שלמים כדי לאתר את מקור ההתקפים של המטופלים שלהם

לפני עשור, פרויקט המוח האנושי הושק במטרה של שמיים כחולים: דיגיטציה של מוח אנושי.

המטרה לא הייתה לבנות מוח ממוצע מקבוצות של אנשים. במקום זאת, זה היה לשכפל חלקים מהקשרים העצביים הייחודיים של אדם בתאום מוחי וירטואלי מותאם אישית.

ההשלכות היו עצומות: מוחות מדומים יכולים לספק רמזים מכריעים כדי לעזור לפצח כמה מהמחלות הנוירולוגיות המטרידות ביותר. במקום להשתמש במודלים של בעלי חיים, הם עשויים לייצג טוב יותר מוח של אלצהיימר, או מוח של אנשים עם אוטיזם או אפילפסיה.

הפרויקט של מיליארד יורו היה בהתחלה נתקל בספקנות רבה. עם זאת, כשהפרויקט הסתיים בחודש שעבר, הוא השיג אבן דרך. במחקר שפורסם בינואר הקרוב, הצוותים הראו שמודלים מוחיים וירטואליים של אנשים עם אפילפסיה יכולים לעזור לנוירוכירורגים לצוד טוב יותר את אזורי המוח האחראים להתקפים שלהם.

כל מוח וירטואלי התחבר למודל חישובי המכונה החולה האפילפטי הווירטואלי (VEP), המשתמש בסריקות מוח של אדם כדי ליצור את התאום הדיגיטלי שלו. עם מנה של AI, הצוות הדמה כיצד פעילות ההתקפים מתפשטת על פני המוח, מה שמקל על זיהוי נקודות חמות והתערבות כירורגית ממוקדת יותר. השיטה נבדקת כעת ב- an ניסוי קליני מתמשך שנקרא EPINOV. אם תצליח, זו תהיה שיטת מודל המוח המותאמת אישית הראשונה המשמשת לניתוחי אפילפסיה ועשויה לסלול את הדרך להתמודדות עם הפרעות נוירולוגיות אחרות.

התוצאות יהיו חלק מהמורשת של המוח הוירטואלי (TVB), פלטפורמה חישובית לדיגיטציה של קשרים עצביים מותאמים אישית. התקפי ציד הם רק ההתחלה. לד"ר ויקטור ירסה מאוניברסיטת אקס-מרסיי בצרפת, שהוביל את המאמץ, סימולציות אלו עשויות לשנות את האופן שבו אנו מאבחנים ומטפלים בהפרעות נוירולוגיות.

שיהיה ברור: המודלים אינם העתקים מדויקים של מוח אנושי. אין שום הוכחה שהם "חושבים" או מודעים בשום צורה. במקום זאת, הם מדמים רשתות מוח מותאמות אישית - כלומר איך אזור מוח אחד "מדבר" עם אחר - על סמך תמונות של החיווט שלהם.

"ככל שמצטברות ראיות התומכות בכוח הניבוי של מודלים מוחי וירטואליים מותאמים אישית, וכאשר שיטות נבדקות בניסויים קליניים, מוחות וירטואליים עשויים להודיע ​​לתרגול קליני בעתיד הקרוב", ג'ירסה ועמיתיו כתב.

מוחות ביולוגיים לדיגיטליים

נראה כעת פרויקטים של מיפוי מוח בקנה מידה גדול קטנוני. מאלה שממפה קשרים על פני מוח של יונק לאלה שמזקקים את האלגוריתמים של המוח מ חיווט עצבי, מפות מוח גדלו לאטלסים מרובים ו מודלים תלת מימדיים לכל אחד לחקור.

פלאשבק לשנת 2013. בינה מלאכותית לפענוח המוח הייתה רק חלום - אבל כזה שכבר נרדף על ידי סטארט-אפ מחורבן הידוע כיום בשם DeepMind. מדעני מוח חיפשו את הקוד העצבי - האלגוריתמים של המוח - בהצלחה, אך במעבדות עצמאיות.

מה אם נשלב את המאמצים האלה?

היכנסו לפרויקט המוח האנושי (HBP). עם יותר מ-500 מדענים ב-140 אוניברסיטאות ומוסדות מחקר אחרים, פרויקט האיחוד האירופי הפך לאחת התוכניות הראשונות בקנה מידה גדול - יחד עם התוכנית של ארה"ב  יוזמת המוח ושל יפן מוח/מוח- לנסות לפתור את תעלומות המוח על ידי מיפוי דיגיטלי של הקשרים המורכבים שלו.

בליבה של ה-HBP היא פלטפורמה דיגיטלית המכונה EBRAINS. תחשוב על זה ככיכר ציבורית, שבה מדעני מוח אוספים ומשתפים בגלוי את הנתונים שלהם כדי לשתף פעולה עם קהילה רחבה יותר. בתורו, יש לקוות, המאמץ הגלובלי יכול ליצור מודלים טובים יותר של פעולתו הפנימית של המוח.

למה אכפת? המחשבות, הזיכרונות והרגשות שלנו מקודדים כולם ברשתות העצבים של המוח. בדומה לאופן שבו מפות Google לכבישים מקומיים נותנת תובנות לגבי דפוסי תנועה, מפות מוח יכולות לעורר רעיונות כיצד רשתות עצביות מתקשרות בדרך כלל - ומתי הן משתבשות.

דוגמא אחת: אֶפִּילֶפּסִיָה.

תאום האפילפסיה הווירטואלית

אפילפסיה משפיעה על כ-50 מיליון אנשים ברחבי העולם והיא מופעלת על ידי פעילות מוחית חריגה. יש טיפולים רפואיים. לרוע המזל, כשליש מהחולים אינם מגיבים לתרופות נגד התקפים וזקוקים לניתוח.

זה הליך קשה. לחולים מושתלים אלקטרודות מרובות כדי לחפש את מקור ההתקפים (הנקרא אזור אפילפטוגני). לאחר מכן מנתח גוזר את החלקים הללו במוח, בתקווה להשתיק סופות ברקים לא רצויות ולמזער את תופעות הלוואי.

הניתוח הוא "מחליף משחק ענק" עבור אנשים עם אפילפסיה בלתי ניתנת לטיפול, אמר ד"ר אסווין צ'ארי מאוניברסיטת קולג' בלונדון, שלא היה מעורב במחקר. אבל להליך יש רק כ-60 אחוזי הצלחה, בעיקר בגלל שקשה לזהות את האזור האפילפטוגני.

"לפני שניתן לבצע ניתוח, על המטופל לעבור הערכה קדם-כירורגית כדי לקבוע האם וכיצד טיפול כירורגי עשוי לעצור את ההתקפים שלו מבלי לגרום לליקויים נוירולוגיים." אמר ירסה ועמיתיו.

השיטה הנוכחית מסתמכת על אינספור סריקות מוח. MRI (הדמיית תהודה מגנטית), למשל, יכול למפות מבנים מפורטים של המוח. EEG (אלקטרואנצפלוגרפיה) לוכדת את הדפוסים החשמליים של המוח באמצעות אלקטרודות הממוקמות אסטרטגית מעל הקרקפת.

SEEG (סטריאו-אלקטרואנצפלוגרפיה) הוא צייד ההתקפים הבא. כאן, עד 16 אלקטרודות ממוקמות ישירות לתוך הגולגולת כדי לנטר אזורים חשודים עד שבועיים. השיטה, למרות שהיא חזקה, רחוקה מלהיות מושלמת. הפעילות החשמלית של המוח "מזמזמת" בתדרים שונים. כמו זוג אוזניות בסיסיות, SEEG לוכדת פעילות מוחית בתדר גבוה אך מחמיצה את ה"בס" - סטיות בתדר נמוך הנראות לפעמים בהתקפים.

במחקר החדש, הצוות שילב את כל תוצאות הבדיקה הללו במודל החולה הווירטואלי האפילפטי שנבנה על פלטפורמת המוח הווירטואלי. זה מתחיל בתמונות של מוחו של כל מטופל מסריקות MRI ו-CT - האחרונות עוקבות אחר הכבישים המהירים של החומר הלבן המחברים בין אזורי מוח. הנתונים, בשילוב עם הקלטות SEEG, מגולגלים למפות מותאמות אישית עם "צמתים" - חלקים במוח הקשורים מאוד זה לזה.

מפות מותאמות אישית אלו הופכות לחלק משגרת המיון הפרה-כירורגית, ללא מאמץ נוסף או לחץ על המטופל.

באמצעות סימולציות מבוססות למידת מכונה, הצוות יכול לבנות "תאום דיגיטלי" המחקה באופן גס את מבנה המוח, הפעילות והדינמיקה של האדם. בבדיקה רטרוספקטיבית של 53 אנשים עם אפילפסיה, הם השתמשו במוחות וירטואליים אלה כדי לצוד את אזור המוח האחראי להתקפים של כל אדם על ידי הפעלת פעילות דמוית התקפים במוח הדיגיטלי. בבדיקת מספר ניתוחים וירטואליים, הצוות מצא אזורים להסרה לתוצאה הטובה ביותר.

בדוגמה אחת, הצוות יצר מוח וירטואלי עבור מטופל שהוסרו לו 19 חלקים מהמוח כדי להיפטר מההתקפים שלו. באמצעות ניתוח מדומה, התוצאות הוירטואליות תאמו את התוצאה של התוצאות בפועל.

בסך הכל, הסימולציות מקיפות את כל המוח. הם אטלסים מותאמים אישית של 162 אזורי מוח ברזולוציה של כמילימטר רבוע אחד - בערך בגודל של גרגר חול קטן. הצוות כבר פועל להגדלת הרזולוציה פי אלף.

עתיד מותאם אישית

ניסוי האפילפסיה המתמשך EPINOV גייס למעלה מ-350 אנשים. מדענים יעקבו אחר התוצאות שלהם במשך שנה כדי לראות אם מוח פונדקאות דיגיטלי עוזר לשמור אותם נקיים מהתקפים.

למרות עשור של עבודה, זה עדיין הימים הראשונים לשימוש במודלים מוחיים וירטואליים לטיפול בהפרעות. ראשית, קשרים עצביים משתנים עם הזמן. מודל של חולה אפילפסיה הוא רק תמונת מצב בזמן וייתכן שלא יתפוס את מצבו הבריאותי בעקבות טיפול או אירועי חיים אחרים.

אבל המוח הוירטואלי הוא כלי רב עוצמה. מעבר לאפילפסיה, זה אמור לעזור למדענים לחקור הפרעות נוירולוגיות אחרות, כמו מחלת פרקינסון או טרשת נפוצה. בסופו של דבר, אמרה ג'ירסה, הכל עניין של שיתוף פעולה.

"הנוירו-רפואה החישובית צריכה לשלב נתוני מוח ברזולוציה גבוהה וספציפיות של המטופל", הוא אמר. "הגישה שלנו מסתמכת במידה רבה על טכנולוגיות המחקר ב-EBRAINS והייתה אפשרית רק בפרויקט שיתופי בקנה מידה גדול כמו פרויקט המוח האנושי".

תמונת אשראי: KOMMERS / Unsplash 

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://singularityhub.com/2023/04/11/surgeons-are-simulating-whole-brains-to-pin-down-the-source-of-their-patients-seizures/