Nghiên cứu Não của NIH thông qua Sáng kiến ​​Thúc đẩy Công nghệ Thần kinh Đổi mới (BRAIN) thúc đẩy các nhà nghiên cứu “tạo ra một bức tranh động mới mang tính cách mạng về bộ não, lần đầu tiên, cho thấy cách các tế bào riêng lẻ và các mạch thần kinh phức tạp tương tác với nhau trong cả thời gian và không gian”. Một kỹ thuật lý tưởng để chụp ảnh chức năng não người - một trong những ưu tiên hàng đầu của sáng kiến ​​- sẽ mô tả hoạt động của não với độ phân giải thời gian cao, độ phân giải không gian cao và phạm vi bao phủ không gian rộng.

Carnegie Mellon Ông đã có một bước tiến lớn trong lĩnh vực hình ảnh thần kinh chức năng. Một nghiên cứu do NIH tài trợ kéo dài vài năm và kiểm tra hàng chục bệnh nhân mắc bệnh động kinh đã tạo ra một công nghệ hình ảnh nguồn mới sử dụng các bản ghi EEG mật độ cao để lập bản đồ các mạng lưới não bên dưới. Xuất bản năm Nature Communications, nghiên cứu này là một bước tiến lớn hướng tới việc thiết lập khả năng ghi lại hình ảnh động về chức năng và rối loạn chức năng não của con người. Điều này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về cả vị trí và cách thức xử lý thông tin cơ bản xảy ra.

EEG từ lâu đã là một trong những phương pháp chức năng hiệu quả nhất hiện có để lập bản đồ não người. Nó đọc kết quả chỉ trong vài phần nghìn giây, tuy nhiên công nghệ này vẫn gặp khó khăn trong việc xác định phạm vi không gian hoạt động trong não. Phương pháp do He và nhóm của ông đề xuất có thể lần đầu tiên ước tính chính xác quy mô và phạm vi của các vùng hoạt động trong não bằng cách sử dụng điện não đồ mật độ cao, cũng như sự tương tác giữa các vùng có liên quan đến chức năng. Phát hiện của họ đã được xác thực bằng cách sử dụng các bản ghi âm lâm sàng được thực hiện tại Phòng khám Mayo, phân tích tổng cộng 1,027 đột biến điện não đồ và 86 cơn động kinh được ghi nhận từ 36 bệnh nhân.

Phương pháp của nhóm, được gọi là kỹ thuật thưa thớt biên được điều chỉnh lại theo thời gian và không gian nhanh (FAST-IRES), sử dụng máy học để ước tính khách quan các nguồn tín hiệu và hoạt động khi chúng thay đổi theo thời gian. Không giống như các kỹ thuật hình ảnh trước đây, nó không cần thuật toán đặc biệt hoặc sự can thiệp của con người để xác định phạm vi nguồn và chỉ yêu cầu đầu vào trực quan, tối thiểu từ bác sĩ.

FAST-IRES có thể có tác động lớn đến việc nghiên cứu và điều trị các rối loạn thần kinh và tâm thần khác nhau như Alzheimer, Parkinson, đột quỵ, đau mãn tính và thậm chí trầm cảm. Tuy nhiên, phương pháp này có tác dụng đặc biệt và ngay lập tức nhất đối với những người mắc chứng động kinh kháng thuốc.

Khoảng 1% dân số toàn cầu mắc chứng động kinh và khoảng 1/3 số trường hợp kháng thuốc, cần phải can thiệp bằng phẫu thuật. Tuy nhiên, cho đến nay, không có phương thức hình ảnh không xâm lấn nào có tính đặc hiệu về mặt không gian để xác định chính xác vùng gây động kinh (EZ), đại diện cho lượng mô tối thiểu phải được loại bỏ để ngăn chặn cơn động kinh.

He và các đồng tác giả viết: “Bằng cách phân tích mạng lưới bệnh động kinh với khung FAST-IRES được đề xuất của chúng tôi, chúng tôi đã chứng minh rằng EZ có thể được xác định một cách khách quan và không xâm lấn với độ chính xác cao từ các bản ghi EEG mật độ cao trên da đầu”.

Các phát hiện này đã được xác nhận dựa trên kết quả ghi từ các bản ghi nội sọ xâm lấn thông thường và kết quả phẫu thuật từ mỗi bệnh nhân, chứng minh tính hiệu quả của FAST-IRES.

Nghiên cứu này cũng đánh dấu một trong những lần đầu tiên điện não đồ mật độ cao được sử dụng để nghiên cứu các cơn động kinh. Công nghệ hình ảnh mạnh mẽ hơn, đóng gói nhiều hơn gấp đôi các điện cực thường được sử dụng trong môi trường lâm sàng, hiện đã có sẵn cho các bệnh nhân được điều trị tại Mayo Clinic. Ông tin rằng trong vòng 5 năm tới, phương pháp FAST-IRES sẽ bắt đầu tác động đến cách chúng ta hiểu về một số chứng rối loạn thần kinh.

“Công trình này chứng minh rằng hình ảnh nguồn EEG có thể trở thành mô hình có độ phân giải cao, không gian và thời gian cao không xâm lấn cho công nghệ hình ảnh não người, một mục tiêu quan trọng của Sáng kiến ​​BRAIN.” He, người từng là thành viên của Nhóm làm việc đa Hội đồng NIH BRAIN từ năm 2015-2019, cho biết.

Nghiên cứu của ông có thể thay đổi cuộc sống của những người mắc chứng động kinh và có thể mang lại lợi ích cho các nhà nghiên cứu và bác sĩ trong lĩnh vực thần kinh học, phẫu thuật thần kinh và khoa học thần kinh của con người. Công trình này đưa NIH và cộng đồng khoa học tiến một bước gần hơn tới việc đạt được một bức tranh năng động mới mang tính cách mạng về bộ não.