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El modelo matemático describe la tormenta eléctrica esa las rabias durante una captura del cerebro

Una radiografía lateral del cráneo de un paciente de la epilepsia con una serie de electrodos implantados en su cerebro por el Dr. Nicholas Barbaro en UCSF. Los electrodos permitieron que los neurólogos correlacionaran la actividad eléctrica producida durante las capturas del paciente con objeto de la neurocirugía. La inserción en la derecha destaca el modelo matemático de las ondas eléctricas, que fue comparado con las lecturas reales de los dos electrodos conocidos. (Cortesía de imagen de los regentes del UC)Los investigadores de la Universidad de California han creado un modelo matemático describiendo la tormenta eléctrica esa las rabias durante una captura del cerebro. Dicen el modelo, para ser publicados en la aplicación de la huella del 22 de marzo el gorrón de la sociedad real del interfaz de Londres, pero disponible ahora para los suscriptores en línea, puede ayudar eventual a neurólogos mejor a entender y a tratar epilepsia.

“Estamos intentando conseguir al estado subyacente del cerebro que ése lleva a estas capturas,” dijo la marca Kramer, un estudiante del Ph.D. en la ciencia aplicada de Uc Berkeley y el programa de la tecnología y al autor importante del papel. “Nuestra esperanza es que el modelo puede destacar las áreas potenciales donde una captura se puede parar.”

Una radiografía lateral del cráneo de un paciente de la epilepsia con una serie de electrodos implantados en su cerebro por el Dr. Nicholas Barbaro en UCSF. Los electrodos permitieron que los neurólogos correlacionaran la actividad eléctrica producida durante las capturas del paciente con objeto de la neurocirugía. La inserción en la derecha destaca el modelo matemático de las ondas eléctricas, que fue comparado con las lecturas reales de los dos electrodos conocidos.

Hay varias causas posibles para la transmisión de señales anormal en epilepsia, incluyendo enfermedad, daño, el revelado anormal del cerebro y un desequilibrio de los neurotransmisores químicos necesarios para transportar mensajes en el cerebro. Algunas capturas comienzan en un área muy específica del cerebro llamado el “foco de captura” antes de extenderse fuera, y otras, determinado unas conectadas a las causas genéticas, aparecen comenzar simultáneamente en las diversas partes del cerebro.

Cuál está sin obstrucción es ése durante una captura, una configuración fuerte de señales eléctricas emerge repentinamente de las fluctuaciones al azar que caracterizan actividad cerebral normal. Las ondas fuertes que se mueven a través de la corteza pueden causar sensaciones súbitas, imprevisibles o los movimientos incontrolables durante una captura.

Las “ondas cerebrales normales se asemejarían a líneas dentadas sin la configuración evidente u orden en un electroencefalograma (EEG),” dijo el profesor de Andrew Szeri, de Uc Berkeley de la ingeniería industrial y ciencia y tecnología aplicadas, y al investigador principal del estudio. “Pero en los cerebros de los pacientes de la epilepsia, el extenderse de una captura es hecho evidente por las ondas coherentes fuertes de la actividad eléctrica en la corteza.”

Para modelar este comportamiento, los investigadores adaptaron ecuaciones diferenciales parciales estocásticas para describir la configuración del cerebro. Esta misma clase de ecuaciones se utiliza para observar tendencias en el mercado de acción, resiste, u otros sistemas complejos que se podrían afectar por acciones al azar.

Simularon el hyperexcitation de neuronas en una porción del cerebro y encontraron que el estímulo produjo ondas que viajaban de la actividad eléctrica.

Para probar la exactitud de su modelo, los investigadores de Uc Berkeley combinaron hacia arriba con el Dr. Heidi Kirsch, profesor adjunto de la neurología en el centro de la epilepsia de Uc San Francisco. El kirsch trataba a un paciente de 49 años de la epilepsia cuyas capturas no fueron controladas seguro por la medicación. Diagnosticaron al paciente con la esclerosis temporal mesial, una condición en la cual el hipocampo, la parte del cerebro que ordena memorias, es más pequeño que normal.

“Estimamos que dos tercios de pacientes con epilepsia responderán a la medicación,” dijimos los kirsch, que también co-fueron autor del papel. “Para vario el una mitad de pacientes, que sigue habiendo el retiro quirúrgico de la parte del cerebro donde las capturas comienzan puede ofrecer una vulcanización. La meta en cirugía de la captura es encontrar un sitio de donde la captura viene, y al sacarlo, para no dañar al paciente.”

Antes de cirugía, los neurólogos necesitaron correlacionar la región donde la captura del paciente originó para asegurarse de que quitan solamente cuál es necesario. Para ayudar a neurólogos a observar las capturas del paciente, 64 electrodos fueron implantados en su cerebro por una semana. Los investigadores podían así obtener datos a partir de la seis de las capturas del paciente para comparar con el modelo matemático que habían creado.

Los investigadores centrados en dos electrodos subdurales espaciaron un centímetro aparte en la superficie del cerebro del paciente. Notaron un retraso constante de 25 milisegundos en picos eléctricos entre los dos electrodos, indicando una configuración de onda fuerte, coherente característica de una captura.

“Las señales de la onda de los datos modelo y de observación eran similares en forma, frecuencia y velocidad de la propagación,” dijo a Kramer. “Que sugiere que nuestro modelo sea bastante exacto.”

Los investigadores dicen que esto es un paso temprano en crear un modelo que pueda ofrecer a lejos más detalle sobre los funcionamientos internos del cerebro que posible con los electrodos solos.

Los “electrodos revelan la consecuencia de la actividad cerebral anormal, pero no consiguen en la causa,” dijo a Szeri. “Si entendemos porqué y cómo estas ondas coherentes fuertes progresan sobre la superficie del cerebro, después tenemos una esperanza de hacer algo cambiar la situación rompiendo la señal.”

Como un modelo de ordenador puede revelar más sobre la integridad estructural de un edificio o las causas de un huracán el convertirse que la observación directa directa práctica o deseable, una simulación por ordenador de un cerebro durante una captura podría potencialmente ofrecer un retrato más completo de cómo y de porqué fallan las señales eléctricas.

“Este modelo podría ofrecer discernimiento en la patofisiología de la extensión de una captura,” dijo los kirsch. “Más lejos abajo de la línea, ésta podría también ayudarnos a modelar el impacto de medicaciones y de otras intervenciones, teóricamente a la prueba cómo las drogas con ciertos mecanismos afectarán el cerebro.”

Los investigadores apuntan a la investigación en curso para desarrollar intervenciones para parar ataques epilépticos. Los ejemplos del potencial dirigieron terapias incluyen el enfriamiento focal, en el cual la parte del cerebro que experimenta una captura se vacia en coquilla literalmente para humedecer la captura, y el estímulo eléctrico del área afectada del cerebro para contradecir la captura mientras que está formando.

“Nuestra esperanza es ofrecer un modelo que se pueda utilizar para evaluar tratamientos potenciales de la captura así que podemos movernos más allá de la necesidad de lobectomies,” dijo a Szeri.

El National Science Foundation y una beca de Berkeley de la Universidad de California ayudada soportan esta investigación.