При шизофрении матрица резко нарушается, что ослабляет ум и вызывает галлюцинации. Теперь исследователи из Технологического института Джорджии создали интерактивную модель этой матрицы, чтобы ускорить исследование и лечение мучительного расстройства.Он использует огромные объемы исследовательских данных для моделирования основных системных химических изменений в мозгу больных шизофренией, но изображает их в простой красочной графике.Клиницисты могли бы использовать его, чтобы помочь пациентам и их близким лучше понять химические основы болезни и терапевтические альтернативы.
И исследователи могли виртуально, быстро и легко проверять гипотезы и лучше понимать болезнь.Лес, а не деревьяИсследования шизофрении можно немного разделить.
«Большинство исследователей изучают болезнь с точки зрения своей специализации. Затем они могут сформировать гипотезу, основанную на допамине, глутамате или каком-либо другом отдельном нейротрансмиттере», — сказал инженер-исследователь Чжэнь Ци из отдела биомедицинской инженерии Уоллеса Х. Коултера Технологического института Джорджии. и Университет Эмори. «Наша модель объединяет все системы нейротрансмиттеров».Результаты исследования были опубликованы, а также должны быть опубликованы в журнале Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — General Subjects.
Работа финансируется Национальными институтами здравоохранения, Национальным научным фондом и Исследовательским альянсом Джорджии.Мир, любовь, дофаминЕсть несколько нейрохимических веществ, о которых большинство людей уже слышали в связи с психическим благополучием.
Кто не читал статей, призывающих всех нас есть больше шоколада в надежде, что он поднимет настроение за счет повышения уровня дофамина и серотонина?«Дофамин запускает систему вознаграждения в мозгу», — сказал Ци. «Незаконные наркотики, такие как амфетамины, работают с ним. Дофамин заставляет вас чувствовать себя хорошо».Серотонин более тонкий и в основном выполняет вспомогательные функции.
Иногда он нейтрализует действие дофамина. Норэпинефрин также хорошо известен, хотя его часто ошибочно называют адреналином (который на самом деле является адреналином).Вместе с другими веществами эти нейротрансмиттеры помогают регулировать деятельность по крайней мере 11 областей мозга, чтобы делать такие вещи, как управление частями сознания, включая так называемую «рабочую память».Ежедневная дисфункция
Ци и его команда построили вычислительную модель на основе нейрохимии, лежащей в основе этой когнитивной функции, которая при шизофрении идет наперекосяк.Рабочая память — это кратковременное воспоминание, которое придает логику разума. Он запоминает, что мы видели, говорили или делали несколько секунд назад и что мы хотим сделать через несколько секунд.Галлюцинации могут быть привлекательным, популяризируемым симптомом шизофрении, но нарушение рабочей памяти из-за этого заболевания, хотя и не привлекает внимания, вероятно, больше истощает больных.
«Дефицит рабочей памяти мешает хранению и обработке такой базовой информации, как буквы и цифры, и затрудняет воспроизведение сохраненной информации», — сказал Ци. «Это затрудняет обучение и планирование».Извини нет наркотиковИсследователи обнаружили, что этот симптом полностью не лечится.
«Когнитивные симптомы на самом деле были связаны с шизофренией до того, как в центре внимания оказались такие симптомы, как галлюцинации», — сказал Эберхард Войт, биомедицинский инженер Технологического института Джорджии и выдающийся ученый Исследовательского альянса Джорджии, который руководил работой по моделированию. «Тем не менее, лекарства от шизофрении в основном нацелены на последние симптомы».Два нейротрансмиттера, глутамат и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), имеют решающее значение для рабочей памяти, поскольку они координируют работу двух областей мозга, дорсальной префронтальной коры и базальных ганглиев.Глутамат усиливает нервную передачу, а ГАМК ее смягчает, и для обоих важно соблюдать баланс.
Но другие нейротрансмиттеры, связанные с дополнительными областями мозга, также нарушают этот баланс.Матрица треснулаВсе они висят вместе, как в мобильном телефоне над детской кроваткой.
Ударьте по одному веществу, и это выведет из строя всю систему.«Увеличение количества любого нейротрансмиттера соответствует увеличению нагрузки на этот мобильный телефон.
Но этот нейромедиатор также влияет на все остальные нейротрансмиттеры через сеть взаимодействия», — сказал Войт. «Новое состояние мобильной связи очень трудно предвидеть».Из-за этого психиатру сложно скорректировать рецепты пациента и предсказать, какими могут быть общие эффекты. Вот тут и пригодится вычислительная модель Ци и Войта.Карта разума
Исследователи Технологического института Джорджии собрали исследования химии мозга при шизофрении в почти 50 лабораториях по всему миру и собрали данные.Чтобы интерпретировать их, они консультировались с исследователями, посвятившими свою жизнь изучению шизофрении, и вводили информацию в дифференциальные уравнения, представляющие отношения между нейрохимическими системами.
Они составили новую карту химического состава мозга, лежащую в основе дисфункции рабочей памяти при шизофрении. «Это новая карта. Она отражает коллективные знания научного сообщества», — сказал Войт.
«Собрав информацию, мы написали код для реализации этой модели», — сказал Ци. Результатом является программа нейрохимической матрицы, которую легко использовать.Играя с мобильными телефонами
Пользователи могут вводить различные уровни нейротрансмиттеров, а матричная модель имитирует лабиринтные эффекты домино, которые они оказывают друг на друга. Но вывод для пользователя намного проще, даже игриво.«Пользователь видит, что мобильный телефон наклоняется вперед и назад», — сказал Войт. Цветные точки на мобильном телефоне обозначают нейромедиаторы.
Если врачи или исследователи дергают за одно, другие следуют за ним, пока не будет достигнуто новое состояние.«Мобильный телефон выглядит простым, хотя он учитывает лежащие в основе сложные взаимодействия между нейротрансмиттерами, которые определяют узлы в мобильном телефоне», — сказал Ци.
За несколько месяцев работы можно было создать графический пользовательский интерфейс, который позволил бы врачам и исследователям легко использовать новую вычислительную модель Технологического института Джорджии.Чем больше новых исследовательских данных добавят другие ученые, тем лучше Ци и Войт смогут оптимизировать систему и объединить отдельные области знаний из лабораторий по всему миру в единое целое для всеобщего блага.