Una ráfaga de actividad coordinada en una red de neuronas que abarca el cerebro puede sonar como la formación de una nueva idea brillante, pero en realidad es la descripción de una convulsión. Comprender por qué y cómo se propaga esta sincronización sería una herramienta crítica en el tratamientoepilepsia severa.
En un estudio publicado en neurona , un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad de Pennsylvania ha identificado una nueva explicación para este fenómeno. Utilizando un modelo informático basado en registros cerebrales directos de pacientes con epilepsia, son los primeros en mostrar la existencia de una red de regiones neuronales que pueden impulsaro aprovechar la sincronización de las regiones directamente involucradas en una incautación.
Con más estudios, esta red reguladora podría ser un objetivo más efectivo para las terapias de epilepsia, incluidos los dispositivos de estimulación implantables que ayudarían a calmar una convulsión localizada antes de que se extienda por todo el cerebro.
El estudio fue dirigido por Danielle Bassett, miembro de la facultad Eduardo D. Glandt y profesor asociado en el Departamento de Bioingeniería en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Brian Litt, profesor de neurología y neurocirugía en la Facultad de Medicina y bioingeniería Perelman de Pennen Ingeniería y director del Centro de Epilepsia de Penn, y Ankit Khambhati, becario posdoctoral de Bassett y recién graduado del Litt Lab. Kathryn Davis de Medicine, profesora asistente de neurología, y Timothy Lucas, profesor asistente de neurocirugía y codirector de PennCentro de Neuroingeniería y Terapéutica, también contribuyó al trabajo
Como científica de redes, Bassett estudia cómo las interconexiones entre los miembros de un grupo influyen en el comportamiento del conjunto. Mirando la epilepsia a través de ese lente, ella, Litt y Khambhati desarrollaron un modelo informático de redes de ataques basado en grabaciones cerebrales de Penn'spacientes con epilepsia. Un estudio anterior que utilizó ese modelo mostró que los algoritmos en el modelo pueden predecir en qué parte del cerebro se originará una convulsión y a qué grupos de neuronas probablemente se diseminará a medida que crezca.
En su nuevo estudio, los investigadores intentaron comprender cómo las convulsiones focales, que se limitan a solo una parte del cerebro, se convierten en convulsiones generales, que se extienden por todo el cerebro y, por lo tanto, son más peligrosas y debilitantes.
"Para las personas con epilepsia, hay una serie de áreas del cerebro que están realmente rotas; esa es la red generadora de ataques", dijo Bassett. "Nuestra hipótesis es que existe una red reguladora separada que generalmente puedecalmar la incautación, y para las personas cuyas convulsiones se generalizan, esa red reguladora también está rota ".
"Nadie realmente ha hablado sobre esta red reguladora antes", dijo.
En su nuevo estudio, los investigadores han demostrado que esta segunda red actúa sobre la que está directamente involucrada en la convulsión, influyendo en si la sincronización patológica permanece limitada a un área local o se extiende por el cerebro.
"Como una disfunción en la capacidad del cerebro para regular la comunicación de información entre las regiones del cerebro", dijo Khambhati, "las convulsiones pueden considerarse como un problema de flujo de tráfico. Si, por un lado, todos los semáforos en unla intersección es verde, los conductores de todas las direcciones intentan cruzar a la vez, en completa sincronía, lo que lleva a un atasco. Por otro lado, si todas las luces son rojas, los conductores permanecen estacionarios y la información deja de fluir. La red de carreteras más eficiente deberíacoordinar el flujo del tráfico donde diferentes grupos de conductores se mueven y se detienen en diferentes momentos "
Para estudiar cómo las redes de convulsiones se sincronizan y desincronizan, los investigadores agregaron una nueva dimensión a su simulación. Utilizando una técnica conocida como "resección cortical virtual", podrían simular la extracción quirúrgica de diferentes secciones del cerebro. Resección de regiones implicadas enla red de convulsiones es el último tratamiento para la epilepsia severa; utilizando la resección cortical virtual, los investigadores podrían probar el impacto de apuntar a la red reguladora.
"Nuestra técnica de resección cortical virtual", dijo Khambhati, "nos permite mapear las ubicaciones de las regiones cerebrales de sincronización, luz verde y desincronización o luz roja que facilitan el flujo de información. Intuitivamente, nuestros resultados mostrarones más probable que las convulsiones se propaguen en las redes cerebrales con una capacidad más débil para limitar el flujo de tráfico a través de desincronizar las regiones cerebrales ".
"En términos de ingeniería", dijo Bassett, "creemos que esta red reguladora tiene lo que se conoce como 'control regulatorio push-pull'. Hay algunas regiones de la red reguladora que pueden llevar la red de incautación a un estado menos activoo sacarlo de ese estado "
Este mecanismo "push-pull" parece funcionar de manera similar a otros procesos biológicos que mantienen la homeostasis, como la regulación de la frecuencia cardíaca o la temperatura corporal, pero los investigadores son los primeros en mostrar este tipo de red reguladora para la epilepsia.
Identificar qué regiones son cuáles en la red reguladora de un paciente podría guiar nuevas opciones de tratamiento, como dispositivos de estimulación implantables que reforzarían los nodos que ayudan a calmar la actividad de las convulsiones, o cirugía con láser para eliminar los nodos que lo promueven.
"El método de nuestro equipo ofrece una forma emocionante de simular el efecto de diferentes intervenciones terapéuticas en pacientes y predecir resultados y efectos secundarios", dijo Litt. "Las simulaciones funcionales de este tipo tienen un tremendo potencial para guiar nuevos tratamientos para una variedad de trastornos neurológicosy enfermedades que afectan otras partes del cuerpo también "
Este Instituto Nacional de Salud recientemente otorgó al grupo una subvención de $ 4.5 millones para continuar con su investigación de epilepsia.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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