Nowe narzędzie do precyzyjnej diagnostyki przed operacyjnym leczeniem padaczki

Badacze z Human Brain Project (HBP) opracowali zaawansowane metody modelowania mózgu, które mogą pomóc lekarzom w dokładniejszej identyfikacji tych jego obszarów, w których rozpoczynają się napady padaczkowe, przyczyniając się do poprawy rokowania leczenia chirurgicznego.

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. Obecnie 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 każdego 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, że 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 obecnie najnowocześniejszymi podejściami nieopartymi na modelowaniu. Może nawet dostarczać informacji z tych rejonów mózgu, do których nie zostały wszczepione elektrody.

Metoda personalizowanego modelowania mózgu znajduje się obecnie 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.