Отметив важную веху на пути к достижению целей инициативы NIH BRAIN, исследование, проведенное руководителем отдела биомедицинской инженерии Карнеги-Меллона Бин Хэ, продвигает электроэнцефалографию высокой плотности (ЭЭГ) как будущую парадигму динамической функциональной нейровизуализации.
Инициатива NIH Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) побуждает исследователей к "создать революционно новую динамическую картину мозга, которая впервые показывает, как отдельные клетки и сложные нейронные цепи взаимодействуют как во времени, так и в пространстве." Идеальный метод функциональной визуализации человеческого мозга – один из главных приоритетов инициативы – должен отображать активность мозга с высоким временным разрешением, высоким пространственным разрешением и широким пространственным охватом.
Карнеги-Меллон “Он сделал большой шаг вперед в области функциональной нейровизуализации”. Исследование, финансируемое Национальным институтом здравоохранения (NIH), длившееся несколько лет и обследовавшее десятки пациентов с эпилепсией, привело к созданию новой технологии визуализации источника, которая использует записи ЭЭГ с высокой плотностью записи для картирования основных сетей мозга. Это исследование, опубликованное в Nature Communications, является большим шагом к установлению способности динамически отображать функции и дисфункции человеческого мозга. Это может дать важную информацию о том, где и как происходит базовая обработка информации.
ЭЭГ уже давно является одним из самых эффективных функциональных методов, доступных для картирования мозга человека. Считывание показаний занимает считанные миллисекунды, однако технология все еще не может определить пространственную степень активности мозга. Подход, предложенный Хе и его командой, может впервые точно оценить размер и объем активных областей в мозгу с помощью ЭЭГ высокой плотности, а также взаимодействия между областями, которые функционально связаны. Их выводы были подтверждены с использованием клинических записей, сделанных в клинике Мэйо, при анализе в общей сложности 1027 всплесков ЭЭГ и 86 приступов, зарегистрированных у 36 пациентов.
Метод команды, названный методом быстрой пространственно-временной итеративно взвешенной разреженности краев (FAST-IRES), использует машинное обучение для объективной оценки источников сигналов и активности, поскольку они меняются во времени. В отличие от предшествующих методов визуализации, он не требует специального алгоритма или вмешательства человека для определения протяженности источника и требует минимального интуитивного участия врачей.
FAST-IRES может оказать большое влияние на исследования и лечение различных неврологических и психических расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, инсульт, хроническая боль и даже депрессия. Тем не менее, этот метод является уникальным и наиболее эффективным для тех, кто страдает лекарственно-устойчивой эпилепсией.
Около одного процента населения мира страдает эпилепсией, и примерно одна треть случаев имеет лекарственную устойчивость, требующую хирургического вмешательства. Однако до сих пор ни один из современных методов неинвазивной визуализации не обладал пространственной специфичностью для точного определения эпилептогенной зоны (EZ), которая представляет собой минимальное количество ткани, которое необходимо удалить, чтобы остановить приступ.
"Анализируя сети эпилепсии с помощью предлагаемой нами структуры FAST-IRES, мы продемонстрировали, что EZ можно определить объективно и неинвазивно с высокой точностью на основе записей ЭЭГ высокой плотности на коже черепа," написал Он и его соавторы.
Полученные данные были подтверждены по показаниям обычных инвазивных внутричерепных записей и хирургическим результатам у каждого пациента, что доказало эффективность FAST-IRES.
Это исследование также стало одним из первых случаев использования ЭЭГ высокой плотности для изучения эпилептических припадков. Более мощная технология визуализации, более чем вдвое превышающая количество электродов, обычно используемых в клинических условиях, теперь доступна пациентам, проходящим лечение в клинике Майо. Он считает, что в течение следующих пяти лет методология FAST-IRES начнет влиять на то, как мы понимаем ряд неврологических расстройств.
"Эта работа демонстрирует, что визуализация источника ЭЭГ может стать неинвазивной парадигмой с высоким пространственным разрешением и высоким временным разрешением для технологии визуализации человеческого мозга, что является важной целью инициативы BRAIN." – сказал Хэ, который с 2015 по 2019 год входил в состав рабочей группы NIH BRAIN Multi-Council.
Его исследования могут изменить жизнь людей, страдающих эпилепсией, и могут принести пользу исследователям и врачам в области неврологии, нейрохирургии и нейробиологии человека. Эта работа приближает NIH и научное сообщество на один шаг к достижению революционно новой динамической картины мозга.