Nowe personalizowane podejście do modelowania mózgu, opracowane dzięki wsparciu przez UE projektu HBP SGA3 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 3), zostało opisane w artykule naukowym opublikowanym w serwisie „Science Translational Medicine”.
Mniej więcej u co trzeciej osoby chorującej na epilepsję leczenie farmakologiczne przynosi tylko nieznaczną poprawę lub jest całkowicie nieskuteczne w kontrolowaniu napadów. W tej grupie pacjentów chirurgiczne usunięcie ogniska padaczkowego, tj. tego obszaru mózgu, w którym rozpoczyna się napad padaczkowy, jest jedyną potencjalnie skuteczną metodą leczenia. Pomimo dużego postępu w zakresie zastosowania metod inwazyjnych w ciągu ostatnich 20 lat rokowanie leczenia chirurgicznego tylko nieznacznie się poprawiło. w tej chwili wskaźnik operacji zakończonych powodzeniem wynosi 60 proc.
Techniki symulowania napadów
Do skonstruowania i symulacji personalizowanych modeli sieci mózgowych zespół badaczy wykorzystał platformę typu open source o nazwie The Virtual Brain (TVB). Jest to usługa symulacyjna udostępniana za pośrednictwem cyfrowej infrastruktury badawczej EBRAINS stworzonej w ramach współfinansowanego ze środków UE projektu HBP. Platforma TVB została stworzona przez jednego z naukowców skupionych wokół projektu HBP, dr. Viktora Jirsy z Uniwersytetu Aix-Marseille we Francji, partnera projektu HBP SGA3, i jego współpracowników.
Technologia ta umożliwia symulację nieprawidłowych wyładowań neuronów rozprzestrzeniających się na kolejne obszary w mózgu w trakcie napadu padaczkowego, pomagając lekarzom w zlokalizowaniu obszarów docelowych w mózgu i ich usunięciu podczas operacji. Jak czytamy w komunikacie prasowym zamieszczonym na stronie internetowej HBP, modele obliczeniowe tworzy się dla wszystkich pacjenta na podstawie indywidualnych pomiarów parametrów anatomicznych, strukturalnych połączeń i danych na temat dynamiki mózgu. Personalizowane symulacje prowadzą do stworzenia wirtualnego obrazu pacjenta z padaczką (virtual epileptic patient – VEP), wiernie przedstawiającego indywidualne cechy każdego chorego. Z komunikatu dowiadujemy się ponadto, iż podejście zastosowane przez badaczy zostało przetestowane na przykładzie licznych badań retrospektywnych, z których najnowsze opisano w artykule opublikowanym w czasopiśmie „Epilepsia”.
VEP jest pierwszym modelem obliczeniowym do szacowania wielkości ogniska padaczkowego i organizacji jego sieci. Cechuje się ponadto wysoką precyzją w lokalizowaniu obszarów docelowych w porównaniu ze stosowanymi w tej chwili najnowocześniejszymi podejściami nieopartymi na modelowaniu. Może choćby dostarczać informacji z tych rejonów mózgu, do których nie zostały wszczepione elektrody.
Metoda personalizowanego modelowania mózgu znajduje się w tej chwili w fazie testów w ramach zakrojonych na szeroką skalę badań klinicznych, w których wykorzystuje się ją jako narzędzie predykcyjne mające pomóc w przygotowaniu pacjenta do leczenia chirurgicznego. Badanie potrwa do 2025 roku.
Badacze wykorzystują infrastrukturę EBRAINS, aby dodatkowo zwiększyć zdolność przewidywania nowego narzędzia dzięki danym z atlasu mózgu o wysokiej rozdzielczości.
– Neuromedycyna obliczeniowa musi dążyć do zintegrowania danych o mózgu o wysokiej rozdzielczości i szczegółowych danych na temat pacjenta – stwierdza dr Jirsa. Projekt HBP SGA3 zakończy się we wrześniu 2023 roku.
