El aprendizaje automático está ayudando a los investigadores de Penn Medicine a identificar el tamaño y la forma de las redes cerebrales en niños individuales, lo que puede ser útil para comprender los trastornos psiquiátricos. En un nuevo estudio publicado hoy en la revista neurona , un equipo multidisciplinario mostró cómo las redes cerebrales únicas para cada niño pueden predecir la cognición. El estudio, que utilizó técnicas de aprendizaje automático para analizar las imágenes de resonancia magnética funcional fMRI de casi 700 niños, adolescentes y adultos jóvenes,es el primero en mostrar que la neuroanatomía funcional puede variar mucho entre los niños y se refina durante el desarrollo.
El cerebro humano tiene un patrón de pliegues y crestas en su superficie que proporcionan puntos de referencia físicos para encontrar áreas del cerebro. Las redes funcionales que gobiernan la cognición han sido estudiadas durante mucho tiempo en humanos alineando patrones de activación, el software del cerebro.al hardware de estos puntos de referencia físicos. Sin embargo, este proceso supone que las funciones del cerebro están ubicadas en los mismos puntos de referencia en cada persona. Esto funciona bien para muchos sistemas cerebrales simples, por ejemplo, el sistema motor que controla el movimiento generalmente está justo al ladoal mismo pliegue específico en cada persona. Sin embargo, múltiples estudios recientes en adultos han demostrado que este no es el caso de los sistemas cerebrales más complejos responsables de la función ejecutiva, un conjunto de procesos mentales que incluye el autocontrol y la atención., las redes funcionales no siempre se alinean con los puntos de referencia físicos del cerebro de pliegues y crestas. En cambio, cada adulto tiene su propio diseño específico. Hasta ahora, era desconocidow tales redes específicas para cada persona pueden cambiar a medida que los niños crecen, o relacionarse con la función ejecutiva.
"La parte emocionante de este trabajo es que ahora podemos identificar el diseño espacial de estas redes funcionales en niños individuales, en lugar de mirar a todos usando el mismo enfoque de 'talla única'", dijo el autor principal Theodore DSatterthwaite, MD, profesor asistente de Psiquiatría en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania. "Al igual que los adultos, descubrimos que la neuroanatomía funcional varía mucho entre los diferentes niños: cada niño tiene un patrón único. También como los adultos, las redes que varían más entre los niños son las mismas redes ejecutivas responsables de regular el tipo de comportamientos que a menudo pueden llevar a los adolescentes a un punto crítico, como la toma de riesgos y la impulsividad ".
Para estudiar cómo se desarrollan las redes funcionales en los niños y apoya la función ejecutiva, el equipo analizó una gran muestra de adolescentes y adultos jóvenes 693 participantes, de 8 a 23 años. Estos participantes completaron 27 minutos de exploración por resonancia magnética funcional como parte del desarrollo neurológico de FiladelfiaCohort PNC, un gran estudio financiado por el Instituto Nacional de Salud Mental, las técnicas de aprendizaje automático desarrolladas por el laboratorio de Yong Fan, PhD, profesor asistente de Radiología en Penn y coautor del artículo, permitieron al equipomapear 17 redes funcionales en niños individuales, en lugar de depender de la ubicación promedio de estas redes.
Luego, los investigadores examinaron cómo evolucionaron estas redes funcionales durante la adolescencia y se relacionaron con el rendimiento en una batería de pruebas cognitivas. El equipo descubrió que la neuroanatomía funcional de estas redes se perfeccionó con la edad y permitió a los investigadores predecir qué edadniño con un alto grado de precisión.
"El diseño espacial de estas redes predijo cuán buenos eran los niños en las tareas ejecutivas", dijo Zaixu Cui, PhD, becario postdoctoral en el laboratorio de Satterthwaite y el primer autor del artículo. "Niños que tienen más 'bienes raíces' en sula corteza dedicada a las redes responsables de la función ejecutiva, de hecho, se desempeñó mejor en estas tareas complejas ". En contraste, los jóvenes con una función ejecutiva más baja tenían menos corteza dedicada a estas redes ejecutivas".
Tomados en conjunto, estos resultados ofrecen una nueva explicación de la plasticidad y diversidad del desarrollo y resaltan el potencial de progreso en diagnósticos y terapias personalizadas, dijeron los autores.
"Los hallazgos nos llevan a preguntas interesantes con respecto a la biología del desarrollo de cómo se forman estas redes, y también ofrecen potencial para personalizar los tratamientos neuromoduladores, como la estimulación cerebral para la depresión o problemas de atención", dijo Satterthwaite. "¿Cómo se establecen estos sistemas?¿En primer lugar? ¿Podemos obtener una mejor respuesta para nuestros pacientes si utilizamos la neuromodulación dirigida a través de sus propias redes personales? Centrarse en las características únicas del cerebro de cada persona puede proporcionar un camino importante hacia adelante ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de medicina de la Universidad de Pensilvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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