Huellas Dactilares Actividad Cerebral Dormida
Únicas “huellas dactilares” de ondas cerebrales producen imágenes del cerebro dormido para detectar enfermedades
Un equipo dirigido por investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard en el Hospital Brigham and Women’s, en colaboración con investigadores del Hospital General de Massachusetts y el Centro Médico Beth Israel Deaconess, ha desarrollado una poderosa herramienta computacional para comprender la salud y la enfermedad del cerebro, proporcionando una forma mejorada de caracterizar la actividad. del cerebro durante el sueño.
Los investigadores idearon un nuevo método que extrae decenas de miles de eventos eléctricos de las ondas cerebrales de una persona dormida. La información de estas formas de onda se utiliza luego para crear una imagen de la actividad cerebral que parece actuar como una huella dactilar, única para cada persona y constante de una noche a la siguiente.
Luego utilizaron su enfoque para identificar nuevos biomarcadores potenciales en la actividad cerebral de las personas con esquizofrenia.
Sus hallazgos se publican en la revista Sleep .
El primer y principal autor del estudio, Michael Prerau , profesor asistente de medicina de HMS en Brigham and Women’s, dijo que “este trabajo amplía la forma en que podemos observar la actividad cerebral durante el sueño. Al ir más allá de las nociones tradicionales que dividen el complejo continuo del sueño en categorías específicas y clases de formas de onda, podemos revelar nuevos tipos de señales y dinámicas que pueden ser importantes para comprender la salud y la enfermedad del cerebro”.
Husillos de sueño
Los científicos suelen estudiar la actividad cerebral durante el sueño mediante el electroencefalograma o EEG, que mide las ondas cerebrales en el cuero cabelludo.
El EEG del sueño se estudió por primera vez a mediados de la década de 1930, observando los rastros de ondas cerebrales dibujadas en una cinta de papel por una máquina. Muchas características importantes del sueño todavía se basan en lo que la gente podía observar fácilmente hace casi un siglo en las trazas de formas de onda complejas.
Incluso los últimos algoritmos de aprendizaje automático y procesamiento de señales para detectar formas de onda del sueño se juzgan en función de su capacidad para recrear la observación humana.
En este estudio, los investigadores preguntaron: ¿Qué podemos aprender si ampliamos nuestra noción de las ondas cerebrales del sueño más allá de lo que históricamente era fácil de identificar a simple vista?
Un conjunto particularmente importante de eventos de ondas cerebrales del sueño se llama husos del sueño. Estos husos son formas de onda de oscilación corta, que generalmente duran menos de dos segundos, que están vinculadas a nuestra capacidad para convertir recuerdos a corto plazo en recuerdos a largo plazo. Los cambios en la actividad del huso se han relacionado con numerosos trastornos como la esquizofrenia, el autismo y la enfermedad de Alzheimer, así como con el envejecimiento natural.
En este estudio, en lugar de buscar la actividad del huso de acuerdo con la definición histórica, el equipo desarrolló un nuevo enfoque para extraer automáticamente decenas de miles de eventos de forma de onda corta en forma de huso de los datos de EEG recopilados durante toda una noche.
Con todos estos datos, el equipo creó representaciones gráficas denominadas potencia de oscilación lenta e histogramas de fase, que proporcionan una potente visualización de la actividad de todas las formas de onda en función de la profundidad del sueño continuo y la actividad sincronizada en la corteza.
“Esto demuestra aún más la riqueza de la información que la calificación manual tradicional deja sobre la mesa”, dijo el coautor Shaun Purcell , profesor asociado de psiquiatría del HMS en Brigham and Women’s.
Patrones de huellas dactilares
Cuando el equipo analizó los datos de dos noches de grabaciones de sueño de un grupo de participantes sanos, los patrones observados parecían ser casi como huellas dactilares, altamente específicos para cada persona con una fuerte consistencia a lo largo de las noches. Estos resultados sugieren nuevas formas en las que la actividad cerebral difiere de una persona a otra, incluso dentro de grupos de personas sanas seleccionadas como grupos de control.
Luego, los investigadores compararon la actividad entre los sujetos sanos y una población de personas con esquizofrenia, un trastorno que reduce la actividad del huso. Usando su enfoque, el equipo no solo vio las diferencias conocidas en los participantes con esquizofrenia, sino que también encontró diferencias en otras formas de onda similares a husos que ocurren en otras frecuencias en el cerebro.
Esto sugiere nuevos biomarcadores EEG potenciales de la esquizofrenia que podrían ser útiles para comprender mejor los mecanismos del trastorno y en el desarrollo de tratamientos específicos.
“Este enfoque es realmente emocionante”, dijo la coautora Dara Manoach , profesora de psicología de HMS en el Departamento de Psiquiatría de Mass General.
“Esperamos ver cómo podemos mejorar nuestra comprensión, no solo de la esquizofrenia, sino también de otros trastornos del neurodesarrollo caracterizados por diferencias en el sueño, como el autismo y la epilepsia pediátrica”.
“Estamos empezando a comprender el alcance de la neurodiversidad que existe dentro de la población general”, dijo Prerau. “Si podemos caracterizar con mayor precisión las diferencias individuales observadas tanto en la salud como en la enfermedad neurológica, podemos trabajar para mejorar los diagnósticos y tratamientos”.
Los coautores fueron Patrick Stokes, Preetish Rath, Tom Possidente, Mingjian He y Robert Stickgold. Puede encontrar más información y una caja de herramientas de código abierto en el sitio web del laboratorio de Prerau .
Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (R01NS096177) y el Instituto Nacional del Envejecimiento (R01AG054081 [MJP]).
Adaptado de un comunicado de prensa de Brigham and Women’s .
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