Новая система, разработанная исследователями из Стэнфордского университета и Калифорнийского университета в Санта-Крузе, может предсказывать, как нейроны отреагируют на электрическую стимуляцию, проанализировав всего несколько минут данных мозговой активности. Этот подход достиг точности 90,6% в прогнозировании ответов на ранее не встречавшиеся паттерны стимуляции, что потенциально может произвести революцию в таких методах терапии, как глубокая стимуляция мозга и ретинальные имплантаты.
Исследование
В исследовании под руководством Амрита Лотликара и его коллег использовались высокоплотные мультиэлектродные матрицы (МЭМ) для записи активности сетчатки макаки. Они собрали сотни часов данных стимуляции и записи с помощью 512-электродной матрицы с шагом 30 микрометров. Команда разработала метод быстрого выведения биофизических параметров многокомпартментных моделей Ходжкина-Хаксли (ХХ) на основе только внеклеточных характеристик, используя дифференцируемые симуляции и вывод на основе симуляции. Традиционно подгонка моделей ХХ требовала инвазивных внутриклеточных записей, что ограничивало масштабируемость. С этим новым подходом модели были подогнаны с использованием всего нескольких минут записи. При тестировании на новых паттернах стимуляции с множеством электродов прогнозы совпадали с реальными нейронными ответами с точностью 90,6%, что резко сокращает потребность в длительном тестировании стимулов.
Почему это важно
Для всех, кто интересуется функциями мозга или рассматривает нейростимуляционную терапию, это исследование предполагает будущее, в котором точные, персонализированные протоколы стимуляции могут быть разработаны быстро и неинвазивно. Вместо подбора методом проб и ошибок в течение часов клиницисты могли бы использовать короткую запись сеанса для создания цифрового двойника нейронных цепей пациента и прогнозирования оптимальных параметров стимуляции. Это может улучшить результаты при таких состояниях, как болезнь Паркинсона, эпилепсия и потеря зрения. Более того, способность моделировать крупномасштабные нейронные популяции на основе внеклеточных данных открывает двери для понимания того, как сети нейронов обрабатывают информацию, что лежит в основе познания.
Что вы можете сделать
Хотя эта технология пока недоступна для личного использования, вы можете поддерживать здоровье мозга, занимаясь когнитивными тренировками и оставаясь в курсе достижений нейронауки. Регулярно бросайте вызов своему мозгу с помощью головоломок, изучения новых навыков или использования платформ, таких как IQGenio, чтобы поддерживать нейропластичность. Кроме того, если вы или ваш близкий рассматривает нейростимуляционную терапию, спросите своего врача, используются ли передовые методы моделирования для персонализации лечения.
Источник: arXiv q-bio.NC
Хотите проверить свой мозг? Пройдите наш бесплатный адаптивный IQ-тест или попробуйте 306 уровней тренировки мозга.
