Se llama desequilibrio mental por una razón. La cordura depende, en parte, del suave equilibrio de los químicos unidos dentro de las regiones del cerebro en una intrincada matriz.
En la esquizofrenia, la matriz se agita bruscamente, debilitando la mente y provocando alucinaciones. Ahora, los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han creado un modelo interactivo de esa matriz para acelerar la investigación y el tratamiento del trastorno atormentador.
Utiliza cantidades masivas de datos de investigación para simular cambios químicos sistémicos importantes en los cerebros de quienes padecen esquizofrenia, pero los representa en gráficos simples y coloridos.
Los médicos podrían usarlo para ayudar a los pacientes y sus seres queridos a comprender mejor los fundamentos químicos de la enfermedad y las alternativas terapéuticas. Y los investigadores podrían probar las hipótesis de forma virtual, rápida y fácil, y tener una mejor idea general de la enfermedad.
El bosque, no los árboles
La investigación sobre la esquizofrenia puede ser un poco compartimentada.
"La mayoría de los investigadores estudian una enfermedad desde el enfoque y la perspectiva de su propia especialidad. Luego pueden formar una hipótesis basada en la dopamina o el glutamato o algún otro neurotransmisor único", dijo el ingeniero de investigación Zhen Qi del Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter enGeorgia Tech y Emory University. "Nuestro modelo integra todos los sistemas de neurotransmisores".
Los resultados de la investigación han sido publicados y también aparecerán impresos en la revista Biochimica et Biophysica Acta BBA - Temas generales . El trabajo está financiado por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias y la Alianza de Investigación de Georgia.
paz, amor, dopamina
Hay un puñado de neuroquímicos de los que la mayoría de las personas ya han oído hablar en relación con el bienestar mental.
¿Quién no ha leído los artículos que nos animan a todos a comer más chocolate con la esperanza de que nos haga más felices al aumentar la dopamina y la serotonina?
"La dopamina activa los sistemas de recompensa en el cerebro", dijo Qi. "Las drogas ilegales como las anfetaminas funcionan con ella. La dopamina te hace sentir bien".
La serotonina es más sutil y tiene funciones principalmente auxiliares. A veces contrarresta los efectos de la dopamina. La norepinefrina también es conocida, aunque a menudo se la conoce erróneamente como adrenalina que en realidad es epinefrina.
Junto con otras sustancias, estos neurotransmisores ayudan a regular las actividades de al menos 11 regiones del cerebro para hacer cosas como orquestar partes de la conciencia, incluida la llamada "memoria de trabajo".
disfunción diaria
Qi y su equipo construyeron el modelo computacional en torno a la neuroquímica detrás de esa función cognitiva, que va muy mal en la esquizofrenia.
La memoria de trabajo es un recuerdo a corto plazo que le da coherencia a la mente. Recuerda lo que vimos, dijimos o hicimos segundos atrás y lo que queremos hacer segundos a partir de ahora.
Las alucinaciones pueden ser el síntoma popular y llamativo de la esquizofrenia, pero el deterioro de la memoria de la enfermedad por la enfermedad, aunque es menos llamativo, posiblemente debilita más a los pacientes.
"Los déficits de la memoria de trabajo interrumpen el almacenamiento y el procesamiento de información tan básica como letras y números, y dificultan el recuerdo de la información almacenada", dijo Qi. "Eso dificulta el aprendizaje y la planificación".
Lo siento, no drogas
Los investigadores encontraron que existe una gran falta de tratamiento médico para este síntoma.
"Los síntomas cognitivos en realidad se asociaron con la esquizofrenia antes de que los síntomas como las alucinaciones se convirtieran en el foco", dijo Eberhard Voit, un ingeniero biomédico de Georgia Tech y un eminente académico de la Alianza de Investigación de Georgia, que supervisó el esfuerzo de modelado. "Sin embargo, los medicamentos para la esquizofrenia se dirigen principalmente alos últimos síntomas "
Dos neurotransmisores, glutamato y ácido gamma-aminobutírico GABA son cruciales para la memoria de trabajo, ya que coordinan dos regiones del cerebro, la corteza prefrontal dorsal y los ganglios basales.
El glutamato aumenta la transmisión nerviosa, y GABA lo atenúa, y es importante que los dos logren un equilibrio. Pero otros neurotransmisores asociados con regiones cerebrales adicionales también tiran de ese equilibrio.
La matriz se agrietó
Todos cuelgan juntos como en un teléfono móvil sobre la cuna de un bebé. Golpee una sustancia y deja a un sistema completo fuera de control.
"Aumentar la cantidad de cualquier neurotransmisor corresponde a tirar de ese móvil. Pero este neurotransmisor también afecta a todos los otros neurotransmisores a través de una red de interacción", dijo Voit. "El nuevo estado del móvil es muy difícil de prever".
Esto hace que sea difícil para un psiquiatra ajustar las prescripciones de un paciente y predecir cuáles podrían ser los efectos generales. Ahí es donde entra el modelo computacional de Qi y Voit.
mapa mental
Los investigadores de Georgia Tech recopilaron estudios sobre química cerebral en la esquizofrenia de casi 50 laboratorios de todo el mundo y extrajeron los datos.
Para interpretarlos, consultaron a investigadores que han dedicado sus vidas a explorar la esquizofrenia y alimentaron la información en ecuaciones diferenciales que representan relaciones entre sistemas neuroquímicos.
Llegaron a un nuevo mapa de la química del cerebro detrás de la disfunción de la memoria de trabajo en la esquizofrenia. "Eso es nuevo, este mapa. Refleja el conocimiento colectivo de la comunidad científica", dijo Voit.
"Con la información reunida, escribimos un código para implementar este modelo", dijo Qi. El resultado es un programa de la matriz neuroquímica que es fácil de usar.
Jugando con móviles
Los usuarios pueden ingresar niveles variables de neurotransmisores, y el modelo de matriz simula los efectos de domino laberínticos que tienen entre sí. Pero la salida para el usuario es mucho más simple, incluso lúdica.
"Lo que el usuario ve es un móvil que se inclina hacia adelante y hacia atrás", dijo Voit. Los puntos codificados por colores en el móvil representan neurotransmisores. Si los médicos o investigadores tiran de uno, los otros lo siguen hasta que se alcanza un nuevo estado.
"El móvil parece simple, aunque tiene en cuenta las complejas interacciones subyacentes entre los neurotransmisores que determinan los nodos en el móvil", dijo Qi.
Con unos pocos meses de trabajo, se podría construir una interfaz gráfica de usuario para permitir a los médicos e investigadores utilizar fácilmente el nuevo modelo computacional de Georgia Tech.
Cuantos más datos de investigación nuevos agreguen otros científicos, mejor Qi y Voit podrán optimizar el sistema y conectar grupos aislados de conocimiento de laboratorios de todo el mundo a un todo mayor por un bien mayor.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Ben Brumfield. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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