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Il modello matematico descrive la tempesta elettrica quella le collere durante l'attacco del cervello

Una radiografia laterale del cranio di un paziente di epilessia con una serie di elettrodi impiantati nel suo cervello da Dott. Nicholas Barbaro a UCSF. Gli elettrodi hanno permesso che i neurologi mappassero lI ricercatori dell'università di California hanno creato un modello matematico descrivendo la tempesta elettrica quella le collere durante l'attacco del cervello. Dicono il modello, per essere pubblicati nell'edizione della stampa del 22 marzo del giornale della società reale dell'interfaccia di Londra, ma disponibile ora ai sottoscrittori online, può finalmente aiutare meglio i neurologi a capire e trattare l'epilessia.

“Stiamo provando ad ottenere allo stato di fondo del cervello che quello piombo a questi attacchi,„ ha detto il segno Kramer, uno studente di Ph.D. nel programma applicato della scienza e tecnologia di Uc Berkeley e l'autore principale del documento. “La nostra speranza è che il modello può evidenziare le aree potenziali dove un attacco può essere interrotto.„

Una radiografia laterale del cranio di un paziente di epilessia con una serie di elettrodi impiantati nel suo cervello da Dott. Nicholas Barbaro a UCSF. Gli elettrodi hanno permesso che i neurologi mappassero l'attività elettrica prodotta durante gli attacchi del paziente in preparazione di neurochirurgia. L'inserzione alla destra evidenzia il modello matematico delle onde elettriche, che è stato paragonato alle letture reali dai due elettrodi celebri.

Ci sono parecchie cause possibili per la segnalazione anormale nell'epilessia, compreso la malattia, la lesione, lo sviluppo anormale del cervello e uno squilibrio dei neurotrasmettitori chimici stati necessari per trasportare i messaggi nel cervello. Alcuni attacchi cominciano in un'area molto specifica del cervello chiamato “il fuoco di attacco„ prima della diffusione fuori ed altri, specialmente un collegati alle cause genetiche, sembrano cominciare simultaneamente in varie parti del cervello.

Che cosa è chiaro è quello durante l'attacco, un forte reticolo dei segnali elettrici emerge improvvisamente dalle fluttuazioni casuali che caratterizzano l'attività di cervello normale. Le forti onde che si muovono attraverso la corteccia possono causare le sensazioni improvvise e imprevedibili o i movimenti incontrollabili durante l'attacco.

“Le onde cerebrali normali somiglierebbero alle righe dentellate senza il reticolo o l'ordine evidente su un elettroencefalogramma (EEG),„ ha detto Andrew Szeri, professore di Uc Berkeley dell'ingegneria meccanica ed ha applicato la scienza e tecnologia ed il ricercatore principale dello studio. “Ma nei cervelli dei pazienti dell'epilessia, la diffusione di un attacco è resa manifesta dalle forti onde coerenti di attività elettrica nella corteccia.„

Per modellare questo comportamento, i ricercatori hanno adattato le equazioni differenziali parziali stocastiche per descrivere l'architettura del cervello. Questa stessa classe di equazioni è usata per macchiare le tendenze relative alla borsa valori, sopravvive, o altri sistemi complessi che potrebbero essere influenzati dagli eventi casuali.

Hanno simulato il hyperexcitation dei neuroni in una parte del cervello ed hanno trovato che lo stimolo ha prodotto le onde progressive di attività elettrica.

Per verificare l'accuratezza del loro modello, i ricercatori di Uc Berkeley hanno collaborato con il Dott. Heidi Kirsch, assistente universitario della neurologia al centro dell'epilessia di Uc San Francisco. Il kirsch stava curando un paziente di 49 anni dell'epilessia di cui gli attacchi non sono stati gestiti attendibilmente dal farmaco. Il paziente è stato diagnosticato con la sclerosi temporale mesial, una circostanza in cui l'ippocampo, la parte del cervello che organizza le memorie, è più piccolo del normale.

“Stimiamo che due terzi dei pazienti con l'epilessia rispondano al farmaco,„ abbiamo detto i kirsch, che egualmente co-hanno creato il documento. “Per una serie di un terzo rimanente dei pazienti, la rimozione chirurgica della parte del cervello in cui gli attacchi cominciano può offrire una maturazione. Lo scopo in chirurgia di attacco è di trovare un punto da dove l'attacco viene e quando la elimina, per non danneggiare il paziente.„

Prima di chirurgia, i neurologi hanno dovuto mappare la regione dove l'attacco del paziente è nato per assicurare che eliminassero soltanto che cosa è necessario. Per aiutare i neurologi ad osservare gli attacchi del paziente, 64 elettrodi sono stati impiantati nel suo cervello per una settimana. I ricercatori potevano così ottenere i dati da sei degli attacchi del paziente per paragonare al modello che matematico avevano creato.

I ricercatori messi a fuoco su due elettrodi subdurali hanno spaziato un centimetro a parte sulla superficie del cervello del paziente. Hanno notato una mora coerente di 25 millisecondi nei picchi elettrici fra i due elettrodi, indicante un reticolo di forte, onda coerente caratteristico di un attacco.

“I segnali dell'onda sia dai dati di modello che d'osservazione erano simili nella forma, frequenza e velocità di propagazione,„ ha detto Kramer. “Che suggerisce che il nostro modello sia abbastanza accurato.„

I ricercatori dicono che questo è un punto iniziale nella creazione del modello che può fornire molto più dato dettagliato circa i funzionamenti interni del cervello possibile con gli elettrodi soli.

“Gli elettrodi rivelano la conseguenza dell'attività di cervello anormale, ma non ottengono alla causa,„ ha detto Szeri. “Se capiamo perché e come queste forti onde coerenti progrediscono sopra la superficie del cervello, quindi abbiamo una speranza di fare qualcosa cambiare la situazione interrompendo il segnale.„

Tanto come un modello elaborato dal calcolatore può rivelare più circa l'integrità strutturale di un'edilizia o le cause di un uragano svilupparsi dell'osservazione diretta diretta pratica o desiderabile, una simulazione su elaboratore di un cervello durante l'attacco potrebbe potenzialmente fornire una maschera più completa di come e di perché i segnali elettrici fanno cilecca.

“Questo modello potrebbe fornire la comprensione nella patofisiologia della diffusione di un attacco,„ ha detto i kirsch. “Più ulteriormente giù la riga, questa potrebbe anche aiutarci a modellare teoricamente l'impatto dei farmaci e di altri interventi, alla prova come le droghe con determinati meccanismi urteranno il cervello.„

I ricercatori indicano la ricerca in corso per sviluppare gli interventi per fermare gli attacchi epilettici. Gli esempi di potenziale hanno diretto le terapie comprendono il raffreddamento focale, in cui la parte del cervello che avverte un attacco è letteralmente freddo'inumidire l'attacco e lo stimolo elettrico dell'area commovente del cervello per ricambiare l'attacco mentre sta formandosi.

“La nostra speranza è di fornire un modello che può essere usato per valutare i trattamenti potenziali di attacco in modo da possiamo muoverci oltre l'esigenza delle lobectomie,„ ha detto Szeri.

Il National Science Foundation e un'amicizia di Berkeley dall'università di California aiutata supportano questa ricerca.