Badanie, prowadzone przez zespoły z różnych uniwersytetów, ujawniło nieznane dotąd interakcje w mózgu, które otwierają drzwi do bardziej precyzyjnych metod różnicowania klinicznego. Jak to odkrycie zmienia rozumienie i podejście medyczne do zaburzeń ruchowych

Grupa naukowców zidentyfikowała sygnał neurochemiczny pozwalający odróżnić chorobę Parkinsona od drżenia samoistnego, dwóch najczęstszych zaburzeń ruchowych na świecie. Odkrycie, skupiające się na interakcji neuroprzekaźników dopaminy i serotoniny w mózgu, może zmienić sposób diagnozowania i rozumienia tych patologii. Ponadto ma bezpośredni wpływ na praktykę kliniczną i badania neurologiczne.

Międzynarodowa współpraca naukowa i innowacyjna metodologia

Zespół odpowiedzialny za badania składa się z naukowców z Instytutu Badań Biomedycznych Fralin w VTC i Wydziału Naukowego Virginia Tech, a także z Uniwersytetu Wake Forest i Uniwersytetu w Aarhus w Danii. Badanie, opublikowane w Nature Communications, opiera się na danych zebranych w latach 2017-2018, ale stanowi efekt ponad dziesięciu lat rozwoju naukowego i technologicznego.

Badania skupiały się na jądrze ogoniaste, obszarze mózgu odpowiedzialnym za podejmowanie decyzji i przetwarzanie nagród. Aby porównać oba zaburzenia, naukowcy wykorzystali zaawansowaną technikę elektrochemiczną opartą na komputerowych modelach uczenia maszynowego, stosowaną podczas operacji głębokiej stymulacji mózgu.

Podczas gdy pacjenci z rozpoznaniem choroby Parkinsona lub drżenia samoistnego byli operowani i podłączeni do tego systemu pomiarowego, brali udział w prostej grze: musieli akceptować lub odrzucać oferty pieniężne, które mogły wydawać się sprawiedliwe lub niesprawiedliwe. W ten sposób naukowcy mogli obserwować, jak szybko zmieniają się poziomy dwóch ważnych substancji w mózgu: dopaminy i serotoniny.

Dopamina jest związana z ruchem i nagrodą, a serotonina z nastrojem i kontrolą impulsów. Aby lepiej zrozumieć dane, zespół wykorzystał komputery uczące się na podstawie doświadczeń, znane jako modele uczenia maszynowego, które są w stanie znaleźć wzorce niewidoczne dla ludzi.

Identyfikacja charakterystycznych wzorców neurochemicznych

U osób z drżeniem samoistnym, gdy oferty nie były zgodne z ich oczekiwaniami, poziom dopaminy wzrastał, a poziom serotoniny spadał. Oznacza to, że między tymi dwiema substancjami zachodziła swego rodzaju „współpraca”.

U osób z chorobą Parkinsona ta normalna wymiana między dopaminą a serotoniną zanikała. Chociaż zazwyczaj uważa się, że w chorobie Parkinsona wpływa tylko dopamina, naukowcy stwierdzili, że najwyraźniejsza różnica między obiema chorobami polega na serotoninie i braku połączenia między tymi dwiema substancjami.

William „Matt” Howe, profesor z Virginia Tech i jeden z autorów, powiedział, że byli zaskoczeni tym odkryciem: „Najbardziej uwagę zwracała serotonina. Nie tylko dopamina była dotknięta chorobą, ale brak normalnej dynamicznej relacji między tymi dwoma neuroprzekaźnikami odróżniał jedną chorobę od drugiej”, stwierdził.

Read Montague, dyrektor centrum badań nad neuronauką człowieka, zaznaczył, że celem tych odkryć jest „stworzenie narzędzi przydatnych dla lekarzy”. Dan Bang z Uniwersytetu w Aarhus podkreślił również, że obserwacja tych zmian chemicznych pozwala lepiej zrozumieć, w jaki sposób tego typu choroby mogą wpływać na myśli i podejmowanie decyzji.

Implikacje epidemiologiczne i przyszłe kierunki badań

Choroba Parkinsona dotyka ponad 10 milionów osób na całym świecie, a drżenie samoistne przewyższa tę liczbę, z szacowaną częstością występowania wynoszącą 7 milionów tylko w Stanach Zjednoczonych.

Tradycyjnie badania nad chorobą Parkinsona koncentrowały się na dopaminie, ale niniejsze badanie wskazuje serotoninę jako marker różnicujący, co może zmienić podejście kliniczne do obu chorób.

Praca jest wynikiem trwałej współpracy interdyscyplinarnej i ciągłego ulepszania modeli statystycznych i eksperymentalnych. Alec Hartle, doktorant, i Paul Sands, adiunkt, obaj współautorzy, uczestniczyli w projektowaniu zadania eksperymentalnego za pomocą „modelu idealnego obserwatora”, uzyskując nowe perspektywy dotyczące zachowania pacjentów.

Seth Batten, również współautor, podkreślił, że zastosowane modele są wzmacniane wraz ze wzrostem ilości danych, a współpraca między specjalistami z różnych dziedzin miała decydujące znaczenie dla odkrycia nieznanych dotąd wzorców.

Patrząc w przyszłość, naukowcy uważają, że postęp ten stanowi początek nowego etapu w zrozumieniu zaburzeń ruchowych. Howe stwierdził, że współpraca i integracja różnych podejść były niezbędne do rozłożenia złożoności tych procesów na czynniki pierwsze. Zespół ma nadzieję, że kolejne badania poszerzą wiedzę na temat neurochemicznych podstaw tych chorób i umożliwią postępy w ich diagnostyce i leczeniu.