قبل عقد من الزمان ، أطلق مشروع الدماغ البشري بهدف السماء الزرقاء: رقمنة دماغ الإنسان.
لم يكن الهدف بناء دماغ متوسط من مجموعات من الناس. بدلاً من ذلك ، كان الهدف هو تكرار أجزاء من الاتصالات العصبية الفريدة لشخص ما في توأم دماغ افتراضي شخصي.
كانت التداعيات هائلة: يمكن أن توفر الأدمغة المحاكاة أدلة مهمة للمساعدة في كسر بعض أكثر الأمراض العصبية إثارة للقلق. بدلاً من استخدام نماذج حيوانية ، قد يمثلون بشكل أفضل دماغ الزهايمر ، أو دماغًا من المصابين بالتوحد أو الصرع.
كان المشروع المليار يورو في البداية قوبلت بالكثير من الشك. لكن مع انتهاء المشروع الشهر الماضي ، حقق إنجازًا هامًا. في دراسة أظهرت الفرق المنشورة في يناير الماضي ، أن نماذج الدماغ الافتراضية للأشخاص المصابين بالصرع يمكن أن تساعد جراحي الأعصاب في تعقب مناطق الدماغ المسؤولة عن نوباتهم بشكل أفضل.
يستخدم كل دماغ افتراضي نموذجًا حسابيًا يُطلق عليه اسم مريض الصرع الافتراضي (VEP) ، والذي يستخدم عمليات مسح دماغ الشخص لإنشاء توأم رقمي. بجرعة من الذكاء الاصطناعي ، قام الفريق بمحاكاة كيفية انتشار النوبات في جميع أنحاء الدماغ ، مما يسهل تحديد النقاط الساخنة وتوجيه التدخل الجراحي بشكل أفضل. يتم الآن اختبار الطريقة في ملف تجربة سريرية جارية تسمى EPINOV. إذا نجحت ، فستكون أول طريقة لنمذجة دماغية مخصصة تُستخدم في جراحة الصرع ويمكن أن تمهد الطريق لمعالجة الاضطرابات العصبية الأخرى.
ستكون النتائج جزءًا من إرث الدماغ الافتراضي (TVB) ، منصة حسابية لرقمنة الاتصالات العصبية الشخصية. نوبات الصيد ليست سوى البداية. إلى الدكتور فيكتور جيرسا من جامعة إيكس مرسيليا في فرنسا ، الذي قاد الجهود ، قد تغير هذه المحاكاة طريقة تشخيصنا وعلاجنا للاضطرابات العصبية.
لنكون واضحين: النماذج ليست نسخًا طبق الأصل من دماغ بشري. لا يوجد دليل على أنهم "يفكرون" أو واعين بأي شكل من الأشكال. وبدلاً من ذلك ، فإنهم يحاكيون شبكات دماغية مخصصة - أي كيف "تتحدث" منطقة دماغية مع أخرى - بناءً على صور الأسلاك الخاصة بهم.
"نظرًا لتراكم الأدلة لدعم القوة التنبؤية لنماذج الدماغ الافتراضية الشخصية ، ومع اختبار الأساليب في التجارب السريرية ، قد تساعد العقول الافتراضية على الممارسة السريرية في المستقبل القريب" ، هذا ما قاله جيرسا وزملاؤه كتب.
بيولوجي للعقول الرقمية
يبدو الآن أن مشاريع رسم خرائط الدماغ واسعة النطاق تافه. من اولاءك أن خريطة الاتصالات عبر دماغ الثدييات إلى أولئك الذين يستخلصون خوارزميات الدماغ من الأسلاك العصبية، نمت خرائط الدماغ إلى أطالس متعددة و نماذج ثلاثية الأبعاد يمكن لأي شخص استكشافها.
الفلاش باك إلى عام 2013. كان استخدام الذكاء الاصطناعي لفك رموز الدماغ مجرد حلم - ولكنه حلم سعت إليه بالفعل شركة ناشئة متعثرة تعرف الآن باسم DeepMind. كان علماء الأعصاب يطاردون الشفرة العصبية - خوارزميات الدماغ - بنجاح ، لكن في مختبرات مستقلة.
ماذا لو جمعنا هذه الجهود؟
أدخل مشروع الدماغ البشري (HBP). مع وجود أكثر من 500 عالم في 140 جامعة ومؤسسة بحثية أخرى ، أصبح مشروع الاتحاد الأوروبي من أوائل البرامج واسعة النطاق - جنبًا إلى جنب مع الولايات المتحدة مبادرة الدماغ واليابان الدماغ / العقول- لمحاولة حل ألغاز الدماغ عن طريق رسم خرائط رقمية لاتصالاتها المعقدة.
في قلب HBP توجد منصة رقمية يطلق عليها اسم EBRAINS. فكر في الأمر على أنه ساحة عامة ، حيث يجتمع علماء الأعصاب ويشاركون بياناتهم بشكل مفتوح للتعاون مع مجتمع أوسع. في المقابل ، من المأمول أن يولد الجهد العالمي نماذج أفضل لعمل الدماغ الداخلي.
لماذا نهتم؟ أفكارنا وذكرياتنا وعواطفنا كلها مشفرة في الشبكات العصبية للدماغ. مثل الطريقة التي توفر بها خرائط Google للطرق المحلية نظرة ثاقبة لأنماط حركة المرور ، يمكن أن تثير الخرائط الذهنية أفكارًا حول كيفية تواصل الشبكات العصبية بشكل طبيعي - وعندما تنحرف عن مسارها.
مثال واحد: الصرع..
التوأم الظاهري للصرع
يصيب الصرع ما يقرب من 50 مليون شخص في جميع أنحاء العالم وينتج عن نشاط الدماغ غير الطبيعي. هناك علاجات طبية. لسوء الحظ ، لا يستجيب حوالي ثلث المرضى للأدوية المضادة للنوبات ويحتاجون إلى الجراحة.
إنه إجراء صعب. يتم زرع أقطاب متعددة للمرضى لتعقب مصدر النوبات (تسمى المنطقة المولدة للصرع). ثم يقوم الجراح بقص تلك الأجزاء من الدماغ ، على أمل إسكات عواصف البرق العصبية غير المرغوب فيها وتقليل الآثار الجانبية.
الجراحة هي "تغيير كبير لقواعد اللعبة" للأشخاص الذين يعانون من الصرع غير القابل للعلاج ، محمد الدكتور أسوين شاري في جامعة كوليدج لندن ، الذي لم يشارك في الدراسة. لكن هذا الإجراء له نسبة نجاح تصل إلى 60 في المائة فقط ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى صعوبة تحديد المنطقة المولدة للصرع.
"قبل إجراء الجراحة ، يجب أن يخضع المريض لتقييم ما قبل الجراحة لتحديد ما إذا كان العلاج الجراحي يمكن أن يوقف نوباته دون التسبب في عيوب عصبية وكيف يمكن ذلك ،" محمد جيرسا وزملائه.
تعتمد الطريقة الحالية على عدد لا يحصى من فحوصات الدماغ. على سبيل المثال ، يمكن للتصوير بالرنين المغناطيسي (التصوير بالرنين المغناطيسي) رسم خريطة تفصيلية لهياكل الدماغ. يلتقط تخطيط كهربية الدماغ (EEG) الأنماط الكهربائية للدماغ باستخدام أقطاب كهربائية موضوعة بشكل استراتيجي فوق فروة الرأس.
SEEG (تخطيط كهربية الدماغ المجسم) هو صائد النوبات التالي. هنا ، يتم وضع ما يصل إلى 16 قطبًا كهربيًا مباشرةً في الجمجمة لمراقبة المناطق المشبوهة لمدة تصل إلى أسبوعين. هذه الطريقة ، على الرغم من قوتها ، إلا أنها بعيدة كل البعد عن الكمال. النشاط الكهربائي للدماغ "طنين" بترددات مختلفة. مثل زوج من سماعات الرأس الأساسية ، يلتقط SEEG نشاط الدماغ عالي التردد لكنه يفتقد "الجهير" - انحرافات التردد المنخفضة التي تُرى أحيانًا في النوبات.
في الدراسة الجديدة ، قام الفريق بدمج كل نتائج الاختبار هذه في نموذج Virtual Epileptic Patient المبني على منصة Virtual Brain. يبدأ بصور لدماغ كل مريض من التصوير بالرنين المغناطيسي والأشعة المقطعية - يتتبع الأخير الطرق السريعة للمادة البيضاء التي تربط مناطق الدماغ. يتم تجميع البيانات ، عند دمجها مع تسجيلات SEEG ، في خرائط مخصصة مع "عقد" - أجزاء من الدماغ مرتبطة بشكل كبير ببعضها البعض.
تصبح هذه الخرائط الشخصية جزءًا من روتين الفحص قبل الجراحة ، دون بذل جهد إضافي أو ضغط على المريض.
باستخدام عمليات المحاكاة القائمة على التعلم الآلي ، يمكن للفريق بناء "توأم رقمي" يحاكي تقريبًا بنية دماغ الشخص ونشاطه وديناميكياته. في اختبار بأثر رجعي لـ 53 شخصًا مصابًا بالصرع ، استخدموا هذه العقول الافتراضية لتعقب منطقة الدماغ المسؤولة عن نوبات كل شخص من خلال إثارة نشاط يشبه النوبات في العقول الرقمية. بعد اختبار العديد من العمليات الجراحية الافتراضية ، وجد الفريق مناطق يجب إزالتها للحصول على أفضل النتائج.
في أحد الأمثلة ، أنشأ الفريق دماغًا افتراضيًا لمريض أزيل 19 جزءًا من دماغه لتخليصه من نوباته. باستخدام الجراحة المحاكاة ، تطابقت النتائج الافتراضية مع النتائج الفعلية.
بشكل عام ، عمليات المحاكاة تشمل الدماغ كله. إنها أطالس مخصصة لـ 162 منطقة دماغية بدقة تبلغ حوالي مليمتر مربع واحد - تقريبًا بحجم حبة رمل صغيرة. يعمل الفريق بالفعل على زيادة الدقة ألف مرة.
مستقبل شخصي
جندت تجربة الصرع المستمرة EPINOV أكثر من 350 شخصًا. سيتابع العلماء نتائجهم لمدة عام لمعرفة ما إذا كان الدماغ البديل الرقمي يساعد في إبقائهم خاليين من النوبات.
على الرغم من عقد من العمل ، لا تزال الأيام الأولى لاستخدام نماذج الدماغ الافتراضية لعلاج الاضطرابات. أولاً ، تتغير الاتصالات العصبية بمرور الوقت. إن نموذج مريض الصرع هو مجرد لقطة في الوقت المناسب وقد لا يلتقط حالتهم الصحية بعد العلاج أو أحداث الحياة الأخرى.
لكن الدماغ الافتراضي هو أداة قوية. بخلاف الصرع ، تم إعداده لمساعدة العلماء على استكشاف الاضطرابات العصبية الأخرى ، مثل مرض باركنسون أو التصلب المتعدد. في النهاية ، قال جيرسا ، الأمر كله يتعلق بالتعاون.
"يحتاج الطب العصبي الحسابي إلى دمج بيانات الدماغ عالية الدقة وخصوصية المريض" محمد. "يعتمد نهجنا بشكل كبير على تقنيات البحث في EBRAINS ويمكن أن يكون ممكنًا فقط في مشروع تعاوني واسع النطاق مثل مشروع الدماغ البشري."
الصورة الائتمان: كوميرس / Unsplash
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- المصدر https://singularityhub.com/2023/04/11/surgeons-are-simulating-whole-brains-to-pin-down-the-source-of-their-patients-seizures/
