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O modelo matemático descreve a tempestade elétrica essa raivas durante uma apreensão do cérebro

Uma radiografia lateral do crânio de um paciente da epilepsia com uma série de eléctrodos implantados em seu cérebro pelo Dr. Nicholas Barbaro em UCSF. Os eléctrodos permitiram que os neurologistas traçassem a actividade elétrica produzida durante as apreensões do paciente à vista da cirurgia de cérebro. Inserir no direito destaca o modelo matemático das ondas elétricas, que foi comparado com as leituras reais dos dois eléctrodos notáveis. (Cortesia de imagem de regentes do UC)Os pesquisadores da Universidade da California criaram um modelo matemático descrevendo a tempestade elétrica essa raivas durante uma apreensão do cérebro. Dizem o modelo, ser publicados na introdução da cópia do 22 de março do jornal da sociedade real da relação de Londres, mas disponível agora aos subscritores em linha, pode eventualmente ajudar neurologistas melhor a compreender e tratar a epilepsia.

“Nós estamos tentando obter ao estado subjacente do cérebro que aquele conduz a estas apreensões,” disse Mark Kramer, um estudante do Ph.D. na ciência aplicada de Uc Berkeley e no programa da tecnologia e autor principal do papel. “Nossa esperança é que o modelo pode destacar as áreas potenciais onde uma apreensão pode ser parada.”

Uma radiografia lateral do crânio de um paciente da epilepsia com uma série de eléctrodos implantados em seu cérebro pelo Dr. Nicholas Barbaro em UCSF. Os eléctrodos permitiram que os neurologistas traçassem a actividade elétrica produzida durante as apreensões do paciente à vista da cirurgia de cérebro. Inserir no direito destaca o modelo matemático das ondas elétricas, que foi comparado com as leituras reais dos dois eléctrodos notáveis.

Há diversas causas possíveis para a sinalização anormal na epilepsia, incluindo a doença, o ferimento, a revelação anormal do cérebro e um desequilíbrio dos neurotransmissor químicos necessários para transportar mensagens no cérebro. Algumas apreensões começam em uma área muito específica do cérebro chamado de “o foco apreensão” antes de espalhar para fora, e outro, particularmente umas ligadas às causas genéticas, parecem começar simultaneamente em várias partes do cérebro.

O que é claro é aquele durante uma apreensão, um teste padrão forte de sinais elétricos emerge de repente das flutuações aleatórias que caracterizam a actividade de cérebro normal. As ondas fortes que movem-se através do córtice podem causar sensações repentinas, imprevisíveis ou movimentos incontroláveis durante uma apreensão.

“As ondas de cérebro normais assemelhar-se-iam a linhas irregulares sem o teste padrão aparente ou pedido em um electroencefalograma (EEG),” disse o professor de Andrew Szeri, de Uc Berkeley da engenharia mecânica e ciência e tecnologia aplicadas, e o investigador principal do estudo. “Mas nos cérebros de pacientes da epilepsia, o espalhamento de uma apreensão é feito manifesto por ondas coerentes fortes da actividade elétrica no córtice.”

Para modelar este comportamento, os pesquisadores adaptaram equações diferenciais parciais estocásticas para descrever a arquitetura do cérebro. Esta mesma classe de equações é usada para manchar tendências no mercado de valores de acção, resiste, ou outros sistemas complexos que poderiam ser afectados por eventos aleatórios.

Simularam o hyperexcitation dos neurônios em uma parcela do cérebro e encontraram que o estímulo produziu ondas de viagem da actividade elétrica.

Para testar a precisão de seu modelo, os pesquisadores de Uc Berkeley teamed acima com Dr. Heidi Kirsch, professor adjunto da neurologia no centro da epilepsia de Uc San Francisco. O kirsch tratava um paciente da epilepsia dos anos de idade 49 cujas as apreensões não fossem controladas confiantemente pela medicamentação. O paciente foi diagnosticado com esclerose temporal mesial, uma circunstância em que o hipocampo, a parte do cérebro que organiza memórias, é menor do que o normal.

“Nós calculamos que dois terços dos pacientes com epilepsia responderão à medicamentação,” dissemos os kirsch, que igualmente co-foram o autor do papel. “Para um número de um terço permanecendo dos pacientes, a remoção cirúrgica da parte do cérebro onde as apreensões começam pode oferecer uma cura. O objetivo na cirurgia da apreensão é encontrar um ponto de onde a apreensão vem, e ao o remover, para não ferir o paciente.”

Antes da cirurgia, neurologistas necessários para traçar a região onde a apreensão do paciente originou para se assegurar de que removessem somente o que é necessário. Para ajudar neurologistas a observar as apreensões do paciente, 64 eléctrodos foram implantados em seu cérebro por uma semana. Os pesquisadores podiam assim obter dados de seis das apreensões do paciente para comparar com o modelo que matemático tinham criado.

Os pesquisadores focalizados em dois eléctrodos subdurais espaçaram um centímetro distante na superfície do cérebro do paciente. Observaram um atraso consistente de 25 milissegundos em picos elétricos entre os dois eléctrodos, indicando um teste padrão de onda forte, coerente característico de uma apreensão.

“Os sinais da onda dos dados modelo e observacionais eram similares na forma, freqüência e velocidade da propagação,” disse Kramer. “Que sugere que nosso modelo seja consideravelmente exacto.”

Os pesquisadores dizem que esta é uma etapa adiantada em criar um modelo que possa fornecer distante mais detalhe sobre os funcionamentos internos do cérebro do que é possível com os eléctrodos sozinhos.

Os “eléctrodos revelam a conseqüência da actividade de cérebro anormal, mas não obtêm na causa,” disse Szeri. “Se nós compreendemos porque e como estas ondas coerentes fortes progridem sobre a superfície do cérebro, a seguir nós temos uma esperança de fazer algo mudar a situação interrompendo o sinal.”

Bem como um modelo de computador pode revelar mais sobre a integridade estrutural de uma construção ou as causas de um furacão tornar-se do que é a observação directa directa prática ou desejável, uma simulação computorizada de um cérebro durante uma apreensão poderia potencial fornecer uma imagem mais completa de como e de porque os sinais elétricos falham.

“Este modelo poderia fornecer a introspecção na patofisiologia da propagação de uma apreensão,” disse kirsch. “Mais abaixo da linha, esta poderia igualmente ajudar-nos a modelar teòrica o impacto das medicamentações e das outras intervenções, ao teste como as drogas com determinados mecanismos impactarão o cérebro.”

Os pesquisadores apontam a pesquisa em curso para desenvolver intervenções para parar apreensões epiléticos. Os exemplos do potencial dirigiram terapias incluem refrigerar focal, em que a parte do cérebro que experimenta uma apreensão é refrigerada literalmente para umedecer a apreensão, e a estimulação elétrica da área afetada do cérebro para opr a apreensão enquanto está formando.

“Nossa esperança é fornecer um modelo que possa ser usado para avaliar tratamentos potenciais da apreensão assim que nós podemos mover-se além da necessidade para lobectomies,” disse Szeri.

O National Science Foundation e uma bolsa de estudo de Berkeley da Universidade da California ajudada apoiam esta pesquisa.