Με την ανάπτυξη μιας νέας τεχνολογίας αποκωδικοποίησης, μια ομάδα μηχανικών και γιατρών στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας (USC) και στο Πανεπιστήμιο του Σαν Φρανσίσκο έχουν ανακαλύψει πώς οι αποκλίσεις της διάθεσης μπορούν να αποκωδικοποιηθούν από νευρικά σήματα στον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Η μελέτη τους, που δημοσιεύτηκε στο Nature Biotechnology, αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τη δημιουργία νέων θεραπειών κλειστού βρόχου που χρησιμοποιούν εγκεφαλική διέγερση για να θεραπεύουν εξασθενητικές διαθέσεις και διαταραχές άγχους σε εκατομμύρια ασθενείς που δεν ανταποκρίνονται στις τρέχουσες θεραπείες.
Επίκουρος Καθηγητής και πρόεδρος της πρώην καριέρας της Viterbi, Maryam Shanechi του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών του Ming Hsieh και το Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Νευροεπιστημών στο USC, οδήγησαν στην ανάπτυξη της τεχνολογίας αποκωδικοποίησης και ο Καθηγητής Νευρολογικής Χειρουργικής Edward Chang στο UCSF οδήγησε στην προσπάθεια συλλογής ανθρώπινων εμφυτευμάτων και συλλογής δεδομένων. Οι ερευνητές υποστήριζαν το πρόγραμμα SUBNETS της Υπηρεσίας Προηγμένων Ερευνητικών Προγραμμάτων της Άμυνας για την ανάπτυξη νέων βιοϊατρικών τεχνολογιών για τη θεραπεία δυσλειτουργικών νευρολογικών ασθενειών.
Η ομάδα στρατολόγησε επτά ανθρώπους εθελοντές μεταξύ μιας ομάδας ασθενών με επιληψία που είχαν ήδη ενδοκρανιακά ηλεκτρόδια που είχαν εισαχθεί στον εγκέφαλό τους για πρότυπη κλινική παρακολούθηση για να εντοπίσουν τις κρίσεις τους. Μεγάλα σήματα εγκεφάλου καταγράφηκαν από αυτά τα ηλεκτρόδια στους εθελοντές κατά τη διάρκεια πολλών ημερών στο UCSF, ενώ επίσης ανέφεραν διαλείπουσα τις διαθέσεις τους χρησιμοποιώντας ένα ερωτηματολόγιο. Η Shanechi και οι φοιτητές της, Omid Sani και Yuxiao Yang, χρησιμοποίησαν τα δεδομένα για να αναπτύξουν μια καινοτόμο τεχνολογία αποκωδικοποίησης που θα μπορούσε να προβλέψει τις διακυμάνσεις της διάθεσης με την πάροδο του χρόνου από τα σήματα του εγκεφάλου σε κάθε ανθρώπινο θέμα, έναν στόχο που δεν μπορεί να επιτευχθεί μέχρι σήμερα.
“Η διάθεση αντιπροσωπεύεται σε πολλαπλές περιοχές στον εγκέφαλο και όχι σε τοπικές περιοχές, έτσι η διάκριση διάθεσης παρουσιάζει μια μοναδική πρόκληση υπολογισμών”, δήλωσε ο Shanechi. “Αυτή η πρόκληση καθίσταται δυσκολότερη από το γεγονός ότι δεν έχουμε πλήρη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι περιοχές αυτές συντονίζουν τη δραστηριότητά τους για να κωδικοποιήσουν τη διάθεση και ότι η διάθεση είναι εγγενώς δύσκολο να εκτιμηθεί. Για την επίλυση αυτής της πρόκλησης χρειαζόμασταν να αναπτύξουμε νέες μεθοδολογίες αποκωδικοποίησης που ενσωματώνουν νευρικά σήματα από κατανεμημένες περιοχές του εγκεφάλου ενώ ασχολούνται με σπάνιες ευκαιρίες για τη μέτρηση των διαθέσεων ».
Για να κατασκευάσει τον αποκωδικοποιητή, ο Shanechi και η ομάδα ερευνητών ανέλυσε τα σήματα του εγκεφάλου που καταγράφηκαν από τα ενδοκρανιακά ηλεκτρόδια στους επτά εθελοντές. Τα ακατέργαστα σήματα του εγκεφάλου καταγράφηκαν συνεχώς σε κατανεμημένες περιοχές του εγκεφάλου, ενώ οι ίδιοι οι ασθενείς ανέφεραν τις διαθέσεις τους μέσω ερωτηματολογίου με βάση τα δισκία.
Σε κάθε μία από τις 24 ερωτήσεις, ο ασθενής κλήθηκε να “αξιολογήσει πώς αισθάνεστε τώρα” πατώντας ένα από τα 7 κουμπιά σε μια συνέχεια ανάμεσα σε ένα ζευγάρι αρνητικών και θετικών περιγραφών της κατάστασης διάθεσης (π.χ. “καταθλιπτικός” και “ευτυχισμένος”). Ένα υψηλότερο σκορ αντιστοιχούσε σε μια πιο θετική κατάσταση διάθεσης.
Χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία τους, οι ερευνητές ήταν σε θέση να αποκαλύψουν τα πρότυπα των εγκεφαλικών σημάτων που ταιριάζουν με τις αυτο-αναφερθείσες διαθέσεις. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν αυτή τη γνώση για να δημιουργήσουν έναν αποκωδικοποιητή ο οποίος θα αναγνώριζε ανεξάρτητα τα πρότυπα των σημάτων που αντιστοιχούσαν σε μια συγκεκριμένη διάθεση. Μόλις δημιουργήθηκε ο αποκωδικοποιητής, μέτρησε τα σήματα του εγκεφάλου μόνο για να προβλέψει τις διακυμάνσεις της διάθεσης σε κάθε ασθενή για πολλές ημέρες.