Al desarrollar una nueva tecnología de decodificación, un equipo de ingenieros y médicos de la Universidad del Sur de California USC y la Universidad de California en San Francisco han descubierto cómo se pueden decodificar las variaciones del estado de ánimo a partir de señales neuronales en el cerebro humano, un proceso que noha sido demostrado hasta la fecha.
Su estudio, publicado en Biotecnología de la naturaleza , es un paso significativo hacia la creación de nuevas terapias de circuito cerrado que utilizan la estimulación cerebral para tratar los trastornos debilitantes del estado de ánimo y la ansiedad en millones de pacientes que no responden a los tratamientos actuales.
Maryam Shanechi, profesora asistente y presidenta de carrera temprana de Viterbi del Departamento de Ingeniería Eléctrica de Ming Hsieh y el Programa de Graduados en Neurociencia de la USC, dirigió el desarrollo de la tecnología de decodificación, y el profesor de Cirugía Neurológica Edward Chang de la UCSF dirigió la implantación humana y la recopilación de datosLos investigadores estaban apoyando el programa SUBNETS de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa para desarrollar nuevas tecnologías biomédicas para el tratamiento de enfermedades neurológicas intratables.
El equipo reclutó a siete voluntarios humanos entre un grupo de pacientes con epilepsia que ya tenían electrodos intracraneales insertados en su cerebro para monitoreo clínico estándar para localizar sus ataques. Se registraron señales cerebrales a gran escala de estos electrodos en los voluntarios durante varios días en UCSF, mientras que también informaron de manera intermitente sus estados de ánimo mediante un cuestionario. Shanechi y sus alumnos, Omid Sani y Yuxiao Yang, utilizaron esos datos para desarrollar una nueva tecnología de decodificación que podría predecir las variaciones del estado de ánimo a lo largo del tiempo de las señales cerebrales en cada sujeto humano, un objetivoinalcanzable hasta la fecha.
"El estado de ánimo está representado en múltiples sitios en el cerebro en lugar de regiones localizadas, por lo que decodificar el estado de ánimo presenta un desafío computacional único", dijo Shanechi. "Este desafío se hace más difícil por el hecho de que no tenemos una comprensión completa decómo estas regiones coordinan su actividad para codificar el estado de ánimo y ese estado de ánimo es intrínsecamente difícil de evaluar. Para resolver este desafío, necesitábamos desarrollar nuevas metodologías de decodificación que incorporen señales neuronales de sitios cerebrales distribuidos mientras se enfrentan oportunidades poco frecuentes para medir los estados de ánimo ".
Para construir el decodificador, Shanechi y el equipo de investigadores analizaron las señales cerebrales que se registraron a partir de electrodos intracraneales en los siete voluntarios humanos. Las señales cerebrales crudas se registraron continuamente a través de regiones cerebrales distribuidas mientras los pacientes informaban por sí mismos de su estado de ánimo a través de una tabletacuestionario basado.
En cada una de las 24 preguntas, se le pidió al paciente que "calificara cómo se siente ahora" tocando uno de los 7 botones en un continuo entre un par de descriptores de estado de ánimo negativo y positivo por ejemplo, "deprimido" y "feliz"Una puntuación más alta correspondió a un estado de ánimo más positivo.
Utilizando su metodología, los investigadores pudieron descubrir los patrones de señales cerebrales que coincidían con los estados de ánimo autoinformados. Luego utilizaron este conocimiento para construir un decodificador que reconocería independientemente los patrones de señales correspondientes a un determinado estado de ánimo. Una vez quese construyó un decodificador, midió las señales cerebrales solo para predecir las variaciones de humor en cada paciente durante varios días.
¿Una posible solución para afecciones neuropsiquiátricas intratables?
El equipo de USC / UCSF cree que sus hallazgos podrían apoyar el desarrollo de nuevas terapias de estimulación cerebral de circuito cerrado para trastornos del estado de ánimo y ansiedad.
Los datos de la Encuesta nacional sobre consumo de drogas y salud de 2016 revelaron que 16,2 millones de adultos en los Estados Unidos aproximadamente el 6,7% de todos los adultos estadounidenses han sufrido al menos un episodio depresivo mayor. Tratamientos como los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina ISRSpuede ser efectivo en algunos pero no en todos los pacientes.
Según el ensayo STAR * D financiado por los Institutos Nacionales de Salud, el estudio más largo para evaluar los tratamientos para la depresión, casi el 33% de los pacientes con depresión mayor no responden al tratamiento más de 5,3 millones de personas solo en los EE. UU..Además, en junio de 2018, los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades informaron que el suicidio está en aumento en los EE. UU.
Para los millones de pacientes resistentes al tratamiento, las terapias alternativas pueden ser efectivas. Por ejemplo, los estudios de imágenes en humanos con tomografía por emisión de positrones PET y resonancia magnética funcional fMRI han sugerido que varias regiones del cerebro median la depresión, y por lo tanto el cerebroLas terapias de estimulación en las que una región relevante para el estado de ánimo se estimula eléctricamente pueden aplicarse para aliviar los síntomas depresivos. Si bien los tratamientos de estimulación cerebral de circuito abierto son prometedores, una terapia más precisa y efectiva podría requerir un enfoque de circuito cerrado en el que un seguimiento objetivo deEl estado de ánimo a lo largo del tiempo guía cómo se administra la estimulación.
Según Shanechi, para los profesionales clínicos, una poderosa herramienta de decodificación proporcionaría los medios para delinear claramente, en tiempo real, la red de regiones cerebrales que apoyan el comportamiento emocional.
"Nuestro objetivo es crear una tecnología que ayude a los médicos a obtener un mapa más preciso de lo que está sucediendo en un cerebro deprimido en un momento determinado y una forma de entender lo que la señal cerebral nos dice sobre el estado de ánimo. Esto permitirá"para obtener una evaluación más objetiva del estado de ánimo a lo largo del tiempo para guiar el curso del tratamiento para un paciente determinado", dijo Shanechi. "Por ejemplo, si conocemos el estado de ánimo en un momento dado, podemos usarlo para decidir si o cómo eléctricoLa estimulación debe administrarse en el cerebro en ese momento para regular los extremos de emociones no saludables y debilitantes. Esta tecnología abre la posibilidad de nuevas terapias personalizadas para los trastornos neuropsiquiátricos como la depresión y la ansiedad para millones de personas que no responden a los tratamientos tradicionales ".
La nueva tecnología de decodificación, explicó Shanechi, también podría extenderse para desarrollar sistemas de circuito cerrado para otras afecciones neuropsiquiátricas como dolor crónico, adicción o trastorno de estrés postraumático cuyos correlatos neurales nuevamente no están localizados anatómicamente, sino que abarcan unred distribuida de regiones cerebrales, y cuya evaluación del comportamiento es difícil y, por lo tanto, no está disponible con frecuencia.
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Materiales proporcionado por Universidad del Sur de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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