外科医は患者の発作の原因を特定するために脳全体をシミュレートしています

XNUMX 年前、ヒューマン ブレイン プロジェクトは、人間の脳をデジタル化するという野心的な目標を掲げて発足しました。

目標は、人々のグループから平均的な脳を構築することではありませんでした. むしろ、パーソナライズされた仮想の脳の双子で、個人固有の神経接続の一部を複製することでした.

その意味は巨大でした。シミュレートされた脳は、最も厄介な神経疾患のいくつかを解明するのに役立つ重要な手がかりを提供する可能性があります. 動物モデルを使用するよりも、アルツハイマー病の脳、または自閉症やてんかんの人の脳をより適切に表現できる可能性があります。

XNUMX億ユーロのプロジェクトは 当初 多くの懐疑論に会った. しかし、プロジェクトは先月終了し、マイルストーンを達成しました。 研究で 今年 XNUMX 月に発表された研究チームは、てんかん患者の仮想脳モデルが、脳神経外科医が発作の原因となる脳領域をより適切に突き止めるのに役立つことを示しました。

それぞれの仮想脳は、仮想てんかん患者 (VEP) と呼ばれる計算モデルを利用しています。VEP は、人の脳スキャンを使用してデジタル ツインを作成します。 AI を使用して、チームは発作活動が脳全体にどのように広がるかをシミュレートし、ホットスポットを特定しやすくし、外科的介入をより適切にターゲットにできるようにしました。 メソッドは現在、 進行中の臨床試験 エピノフと言います。 成功すれば、てんかん手術に使用される最初のパーソナライズされた脳モデリング手法となり、他の神経疾患への取り組みへの道を開く可能性があります。

結果は、の遺産の一部になります 仮想脳 (TVB) は、パーソナライズされたニューラル接続をデジタル化するための計算プラットフォームです。 狩猟発作は始まりに過ぎません。 この取り組みを主導したフランスのエクス マルセイユ大学の Viktor Jirsa 博士にとって、これらのシミュレーションは、神経疾患の診断と治療の方法を変えるかもしれません。

明確にするために: モデルは人間の脳の正確なレプリカではありません. 彼らが何らかの形で「考えている」または意識しているという証拠はありません。 むしろ、配線の画像に基づいて、パーソナライズされた脳ネットワーク、つまり、ある脳領域が別の領域と「対話」する方法をシミュレートします。

「パーソナライズされた仮想脳モデルの予測力を裏付ける証拠が蓄積され、臨床試験で方法がテストされるにつれて、仮想脳は近い将来に臨床診療に役立つ可能性があります」と Jirsa 氏と同僚は述べています。 書いた.

生物学からデジタル脳へ

大規模な脳マッピング プロジェクトが現在 ささいな. それらから 哺乳類の脳全体の接続をマッピングする から脳のアルゴリズムを抽出するものに 神経配線、脳マップは複数のアトラスに成長し、 誰でも探索できる 3D モデル.

2013 年へのフラッシュバック。脳を解読するための AI は単なる夢でしたが、現在 DeepMind として知られているくだらないスタートアップによってすでに追求されていました。 神経科学者は、神経コード (脳のアルゴリズム) を突き止めることに成功しましたが、独立した研究室で行われました。

それらの努力を組み合わせたらどうなるでしょうか？

ヒューマン ブレイン プロジェクト (HBP) に参加します。 500 の大学やその他の研究機関に 140 人を超える科学者を擁する EU プロジェクトは、米国のプロジェクトと並んで、最初の大規模なプログラムの XNUMX つになりました。  ブレインイニシアティブ 日本の 脳/心—複雑な接続をデジタルでマッピングすることにより、脳の謎を解こうとします。

HBP の中核にあるのは、EBRAINS と呼ばれるデジタル プラットフォームです。 それは、神経科学者が集まり、データを公然と共有して、より広いコミュニティと協力する公共の広場と考えてください。 ひいては、世界的な取り組みによって、脳の内部の働きに関するより優れたモデルが生み出されることが期待されています。

なぜ気にするのですか？ 私たちの思考、記憶、感情はすべて、脳のニューラル ネットワークにエンコードされています。 地方道路の Google マップが交通パターンを洞察するのと同じように、ブレイン マップは、ニューラル ネットワークが通常どのように通信するか、そしていつうまくいかないかについてのアイデアを生み出すことができます。

一例です。 てんかん.

仮想てんかんツイン

てんかんは世界中で約 50 万人が罹患しており、異常な脳活動によって引き起こされます。 医療処置があります。 残念ながら、約 XNUMX 分の XNUMX の患者は抗てんかん薬に反応せず、手術が必要です。

大変な手続きです。 患者には複数の電極が埋め込まれ、発作の発生源 (てんかん誘発ゾーンと呼ばれます) を突き止めます。 次に、外科医は、不要な神経の稲妻の嵐を静め、副作用を最小限に抑えることを期待して、脳のそれらの部分を切り取ります.

この手術は、治療不能なてんかん患者にとって「巨大なゲームチェンジャー」です。 と ユニバーシティ カレッジ ロンドンの Aswin Chari 博士は、この研究には関与していませんでした。 しかし、主にてんかん誘発ゾーンを特定するのが難しいため、この手順の成功率は約 60% にすぎません。

「手術が行われる前に、患者は手術前の評価を受けて、神経学的欠損を引き起こすことなく外科的治療が発作を止めることができるかどうか、またどのように止めることができるかを確認する必要があります。」 と ジルサと仲間たち。

現在の方法は、無数の脳スキャンに依存しています。 たとえば、MRI（磁気共鳴画像法）は、脳の詳細な構造をマッピングできます。 EEG (脳波計) は、頭皮上に戦略的に配置された電極で脳の電気パターンをキャプチャします。

SEEG (stereoelectroencephalography) は、次の発作ハンターです。 ここでは、最大 16 個の電極を頭蓋骨に直接配置して、疑わしい領域を最大 XNUMX 週間監視します。 この方法は強力ですが、完璧にはほど遠いものです。 脳の電気活動は、さまざまな周波数で「ハミング」します。 基本的なヘッドフォンのように、SEEG は高周波数の脳活動を捉えますが、発作で時々見られる低周波数の異常である「低音」を見逃します。

新しい研究では、チームはこれらすべてのテスト結果を Virtual Brain プラットフォーム上に構築された仮想てんかん患者モデルに統合しました。 まず、各患者の脳の MRI スキャンと CT スキャンの画像から始めます。CT スキャンでは、脳の領域をつなぐ白質ハイウェイを追跡します。 データは、SEEG の記録と組み合わせると、「ノード」 (相互に高度に関連している脳の部分) を持つパーソナライズされたマップにまとめられます。

これらのパーソナライズされたマップは、患者に余分な労力やストレスを与えることなく、手術前のスクリーニング ルーチンの一部になります。

チームは、機械学習ベースのシミュレーションを使用して、人間の脳の構造、活動、ダイナミクスを大まかに模倣する「デジタル ツイン」を構築できます。 てんかんを持つ 53 人のレトロスペクティブ テストで、彼らはこれらの仮想脳を使用して、デジタル脳で発作のような活動を引き起こすことによって、各人の発作の原因となる脳領域を突き止めました。 複数の仮想手術をテストして、チームは最良の結果を得るために削除する領域を見つけました。

ある例では、チームは、発作を取り除くために脳の 19 の部分を切除した患者のために仮想脳を生成しました。 シミュレートされた手術を使用すると、仮想の結果は実際の結果と一致しました。

全体として、シミュレーションは脳全体を網羅しています。 それらは、162 の脳領域の個別化されたアトラスであり、解像度は約 XNUMX 平方ミリメートル (おおよそ小さな砂粒のサイズ) です。 チームはすでに、解像度を XNUMX 倍に高めることに取り組んでいます。

パーソナライズされた未来

進行中のてんかん試験 EPINOV は 350 人以上を募集しています。 科学者たちは、デジタル代理脳が発作を起こさないようにするのに役立つかどうかを確認するために、彼らの結果を XNUMX 年間追跡調査します。

XNUMX 年間の研究にもかかわらず、障害の治療に仮想脳モデルを使用するのはまだ初期の段階です。 XNUMXつは、神経接続が時間とともに変化することです。 てんかん患者のモデルは、時間内のスナップショットにすぎず、治療やその他のライフ イベント後の健康状態を把握できない場合があります。

しかし、バーチャル ブレインは強力なツールです。 てんかん以外にも、科学者がパーキンソン病や多発性硬化症などの他の神経疾患を調査するのに役立つように設定されています. 最終的にはコラボレーションがすべてだと Jirsa 氏は言います。

「計算神経医学は、高解像度の脳データと患者の特異性を統合する必要があります」と彼は言いました。 と. 「私たちのアプローチは、EBAINS の研究技術に大きく依存しており、人間の脳プロジェクトのような大規模な共同プロジェクトでのみ可能でした。」

画像のクレジット： コマーズ / Unsplash 

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• Platoblockchain。 Web3メタバースインテリジェンス。 知識の増幅。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://singularityhub.com/2023/04/11/surgeons-are-simulating-whole-brains-to-pin-down-the-source-of-their-patients-seizures/