Диагноз по расчету. К исследованиям мозга подключили математику - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Диагноз по расчету. К исследованиям мозга подключили математику

Неожиданная судорожная реакция или кратковременный провал в памяти. Такие вроде бы невинные проявления организма могут скрывать эпилепсию. Однако диагностировать этот недуг порой очень нелегко, даже опытные доктора нередко ошибаются и выписывают пациенту серьезные препараты безо всякой надобности. Ведущий научный сотрудник, доктор физико-математических наук Семен КУРКИН из Балтийского центра нейротехнологий и искусственного интеллекта Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта исследует функциональные сети головного мозга человека при эпилепсии и эффекты внешней стимуляции. Результаты работы, которая получила поддержку в виде гранта Президента России, должны существенно повысить точность диагностики. «Поиск» решил узнать, как молодой ученый изучает высшие сферы человеческого организма в патологии и здоровом состоянии.

– Семен, расскажите немного про эпилепсию. Как часто она встречается?
– Это одно из самых распространенных хронических заболеваний центральной нервной системы, от которого страдает примерно 1% населения в мире, – рассказывает Семен. – Ежегодно она впервые диагностируется примерно у пяти миллионов человек. Также до нескольких миллионов людей находятся в группе риска, то есть у них возможны развитие и прогрессирование эпилепсии в будущем.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, доля населения с активной формой эпилепсии, то есть с продолжающимися припадками, и потребностью в лечении сегодня составляет от четырех до десяти на тысячу человек. Примерно у 2% взрослых в какой-то период жизни возникали эпилептические судорожные приступы. И затем у двух третей таких людей они никогда больше не повторялись. Сам приступ может длиться от нескольких секунд до пяти минут и более, в среднем две-три минуты.

Теперь о потребности в лечении. Если приступы у человека происходят крайне редко или слабо выражены (например, припадки могут иметь форму незначительных провалов в памяти или мышечных спазмов), то он может и не обращаться за помощью. До 70% людей, страдающих эпилепсией, могут жить вообще без приступов, но это при условии лечения противосудорожными препаратами.

Примерно в 30% случаев медикаментозная терапия оказывается недостаточно эффективной. Тогда уже используют более серьезные методы, например, хирургическое вмешательство. Среди стандартных радикальных методов лечения эпилепсии, активно применяющихся в настоящее время, можно выделить: резективные – с удалением эпилептогенной зоны, стимуляционные – когда имплантируется стимулятор, подающий электрические импульсы на структуры нервной системы и нарушающий таким образом механизмы развития эпилептического приступа.
Проявление эпилепсии может быть разным, и это необязательно припадки с мышечными конвульсиями. Они могут сопровождаться как моторными, то есть двигательными, так и немоторными нарушениями. Моторные проявления, когда человек бьется в припадке, считаются классическим проявлением. Может быть неконтролируемая судорожная активность, затрагивающая большую часть тела, с потерей сознания. А также судорожная активность, затрагивающая только одну часть тела, с разными степенями нарушения сознания.

Немоторные нарушения бывают сенсорные и психические. Сенсорные – это зрительные (например, у больного перед глазами возникают вспышки пламени), слуховые (звон и другие звуки в ушах), обонятельные или вкусовые галлюцинации. Психические – нарушение мышления, ощущение «уже виденного» и ряд других эффектов.

Причина развития эпилепсии у многих пациентов остается невыясненной. Почему? Во-первых, причин много, и выявить верную не так-то просто. Во-вторых, зачастую невозможно проследить историю болезни пациента, чтобы понять, что же спровоцировало эпилепсию. Это могут быть полученная в детстве травма или перенесенное заболевание, инфекция или последствия опухоли головного мозга, врожденные отклонения, инсульт.

– Насколько опасна эпилепсия?
– Заболевание очень коварно из-за непредсказуемости приступов, во время которых человек становится временно недееспособным. Это представляет опасность и для него самого, так как он может травмировать себя или задохнуться, и для окружающих, если приступ случился, когда он, например, был за рулем.

Есть такой тип эпилепсии, как абсанс-эпилепсия, во время приступа которой человек теряет на некоторое время сознание. В таких случаях может наступить смерть в результате удушья (из-за западения языка) или остановки сердца. Опять же, по данным ВОЗ, риск преждевременной смерти у больных эпилепсией почти в три раза превышает средний показатель по населению.

– Почему возникают проблемы с диагностикой эпилепсии?
– Потому что механизмы развития эпилепсии до конца все еще не изучены. Это затрудняет как диагностику, так и лечение пациентов. Проблема усложняется большим разнообразием форм эпилепсии, симптомов (в частности, типов приступа), причин ее развития. Например, на начальных этапах приступ может возникать у человека чрезвычайно редко, раз в несколько лет или даже реже. Может быть такая ситуация, когда он провоцируется неким внешним воздействием, например, световыми вспышками, звуком определенной частоты или под влиянием какого-то вещества. Но такое случается нечасто.

Припадки могут быть очень слабо выраженными, поэтому стандартные подходы диагностики, скорее всего, не выявят заболевание. Ключевым методом диагностики сейчас считается электроэнцефалография (ЭЭГ). С ее помощью пытаются обнаружить так называемую эпилептиформную активность – электрические колебания в виде острых волн и пиков, которые значительно отличаются от фоновой активности. Однако такую диагностику следует проводить в течение первых 24 часов после возникновения приступа. Позже вероятность выявить соответствующий маркер резко снижается.

Угрозу здоровью пациента несут и недостаточная диагностика, и гипердиагностика. Поясню, что гипердиагностика – это когда диагностируется заболевание, которого нет. В результате человека начинают лечить, прописывая противоэпилептические препараты, обладающие серьезными побочными эффектами. Дело в том, что приступы могут быть не только из-за эпилепсии, а, например, вследствие опухоли головного мозга или травмы.

– Что такое функциональные сети головного мозга человека при эпилепсии и эффекты внешней стимуляции?
– Эпилептические приступы характеризуются патологической, то есть ненормально избыточной, или синхронной нейронной активностью головного мозга. Поэтому при изучении механизмов развития эпилепсии нужно рассматривать не нарушения в активности отдельных областей мозга, а сбои в их взаимодействии, то есть в функциональной сети, которая связывает разные участки при реализации тех или иных когнитивных функций. Мы с коллегами считаем, что это может помочь в диагностике эпилепсии.

А что касается внешней стимуляции, то это специальное воздействие (так называемая функциональная проба), которое позволяет быстрее выявить наличие у человека эпилепсии. С помощью внешней стимуляции обычно стараются вызвать у пациента эпилептический приступ.

– Не опасно ли это для пациента – провоцировать приступ его болезни?
– Нет, опасности этот метод не представляет. Вызвав эпилепсию с помощью внешней стимуляции, мы не приводим к прогрессированию болезни, а лишь добиваемся ее проявления. Опасность здесь представляет только сам приступ, я уже об этом говорил. Однако под присмотром врача эти риски минимальны. Наиболее часто используемые в медицине функциональные пробы для эпилепсии – это фотостимуляция, то есть световые вспышки с заданной частотой, и гипервентиляция – интенсивное дыхание, которое превышает потребности организма в кислороде.

Основная проблема здесь в том, что диагностика эпилепсии с помощью функциональных проб может занять длительное время (иногда наблюдение за пациентом длится несколько суток). У части больных отсутствует ответ на фотостимуляцию в виде приступа, что снижает ее эффективность. А результативность гипервентиляции сильно зависит от типа эпилепсии.

– Чего вам удалось достичь в ваших исследованиях?
– Мы сформулировали гипотезу об усилении различий между характеристиками процессов, протекающих в головном мозге здорового человека и пациента с эпилепсией. При корректном выборе частоты фотостимуляция способна ввести человека с предрасположенностью к эпилепсии в состояние, близкое по свойствам к предэпилептическому, не вызывая приступа. С ее помощью можно спровоцировать аномальную синхронизацию в мозге, которая и является причиной эпилептического приступа.

По ЭЭГ-данным мы определяем функциональные сети, которые формируются у человека в процессе фотостимуляции. Рассматриваем две группы: пациентов с эпилепсией и контрольную, то есть здоровых людей. Сравниваем с помощью статистических методов характеристики и структуры функциональных сетей и выявляем статистически значимые (то есть не случайные, а закономерные) различия, которые мы считаем потенциальными биомаркерами эпилепсии.
С использованием выявленных биомаркеров и методов машинного обучения мы разработали классификатор, который отличает здоровых людей от страдающих эпилепсией с точностью около 90%. Для классификатора такая точность приемлема, но не настолько хороша, чтобы его можно было использовать взамен врача. Однако он в состоянии помочь ему принять правильное решение.

Мы уверены, что наши исследования позволят продвинуться в понимании механизмов развития эпилепсии, четко выявив биомаркеры – индикаторы болезни. Используя их результаты, можно будет создать эффективные методы диагностики эпилепсии, а в перспективе и систему поддержки принятия решений для врачей-эпилептологов.

Василий Янчилин

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2