Mostrando postagens com marcador modelo. Mostrar todas as postagens
Mostrando postagens com marcador modelo. Mostrar todas as postagens

segunda-feira, 16 de maio de 2022

Modelo de circuito pode explicar como a estimulação cerebral profunda trata os sintomas da doença de Parkinson

May 16, 2022 - Resumo:

A estimulação do núcleo subtalâmico interrompe um ciclo de ritmos de frequência beta descontrolados e restaura a capacidade dos interneurônios de regular os ritmos no corpo estriado do cérebro, melhorando o movimento, sugere o estudo.

Pessoas com doença de Parkinson e seus médicos enfrentam muitas incógnitas, incluindo a resposta para exatamente como a estimulação cerebral profunda (DBS) alivia alguns dos sintomas motores que os pacientes experimentam. Em um novo estudo, cientistas da Universidade de Boston e do Instituto Picower para Aprendizagem e Memória do MIT apresentam um modelo detalhado explicando a dinâmica do circuito subjacente, fornecendo uma explicação que, se confirmada experimentalmente, pode melhorar ainda mais a terapia.

Entre as coisas que se sabe sobre a doença de Parkinson é que um déficit do neuromodulador dopamina está associado a ritmos de frequência beta anormalmente altos (ondas cerebrais com frequência de cerca de 20 Hz). DBS, envolvendo a entrega de estimulação elétrica de alta frequência a uma região chamada núcleo subtalâmico (STN), aparentemente suprime esses ritmos beta elevados, restaurando um equilíbrio mais saudável com outras frequências de ritmo e melhor controle de movimento.

O novo modelo computacional baseado em biofísica descrito no Proceedings of the National Academy of Sciences postula que o efeito benéfico do DBS surge de como ele interrompe um ciclo vicioso promovendo beta descontrolado em um circuito de loop entre o STN e uma região chamada estriado. Em 2011, a coautora do estudo Michelle McCarthy, professora assistente de pesquisa de matemática e estatística na BU, usou modelos matemáticos para mostrar como, na ausência de dopamina, o beta descontrolado pode surgir no corpo estriado devido à excitação excessiva entre as células que habitam o corpo estriado chamadas de meio. neurônios espinhosos (MSNs).

O modelo, liderado pelo pós-doutorando do Instituto Picower, Elie Adam, baseia-se na descoberta de McCarthy. Juntando-se a Adam e McCarthy estão os co-autores Emery N. Brown, Edward Hood Taplin Professor de Engenharia Médica e Neurociência Computacional no MIT e Nancy Kopell, William Fairfield Warren Distinguished Professor de Matemática e Estatística na BU. O trabalho do quarteto postula que, em condições saudáveis, com dopamina adequada, as células do estriado chamadas interneurônios de pico rápido (FSIs) podem produzir ritmos de frequência gama (30-100 Hz) que regulam a atividade beta dos MSNs. Mas sem dopamina, os FSIs são incapazes de limitar a atividade do MSN e o beta passa a dominar todo um circuito que conecta o STN aos FSIs, aos MSNs, a outras regiões e depois de volta ao STN.

"A gama FSI é importante para manter o beta do MSN sob controle", disse Adam. “Quando os níveis de dopamina caem, os MSNs podem produzir mais beta e os FSIs perdem sua capacidade de produzir gama para extinguir esse beta, então o beta fica selvagem. sua amplificação."

Quando a estimulação de alta frequência DBS é aplicada ao STN, mostra o modelo, que substitui a entrada beta esmagadora recebida pelos FSIs e restaura sua excitabilidade. Revigorados e liberados desses grilhões beta, os interneurônios retomam a produção de oscilações gama (cerca de metade da frequência de estimulação DBS, normalmente em 135 Hz) que então suprimem a atividade beta dos MSNs. Com os MSNs não produzindo muito beta, o loop que leva de volta ao STN e depois aos FSIs não é mais dominado por essa frequência.

“O DBS impede que o beta se propague em direção aos FSIs para que não seja mais amplificado e, em seguida, por FSIs excitantes adicionais, restaura a capacidade dos FSIs de produzir fortes oscilações gama, que por sua vez inibem o beta em sua fonte”, disse Adam.

O modelo revela outra ruga importante. Em circunstâncias normais, diferentes níveis de dopamina ajudam a moldar a gama produzida pelos FSIs. Mas os FSIs também recebem informações do córtex cerebral. Na doença de Parkinson, onde a dopamina está ausente e o beta se torna dominante, os FSIs perdem sua flexibilidade regulatória, mas em meio ao DBS, com a dominância beta interrompida, os FSIs podem ser modulados pela entrada do córtex, mesmo com a dopamina ainda ausente. Isso lhes permite uma maneira de estrangular a gama que fornecem aos MSNs e permitir uma expressão harmoniosa dos ritmos beta, gama e teta.

Ao fornecer uma explicação profunda baseada na fisiologia de como o DBS funciona, o estudo também pode oferecer aos médicos pistas sobre como fazê-lo funcionar melhor para os pacientes, disseram os autores. A chave é encontrar os ritmos gama ideais dos FSIs, que podem variar um pouco de paciente para paciente. Se isso puder ser determinado, o ajuste da frequência de estimulação DBS para promover essa saída gama deve garantir os melhores resultados.

Antes que isso possa ser testado, no entanto, as descobertas fundamentais do modelo precisam ser validadas experimentalmente. O modelo faz previsões necessárias para que esses testes continuem, disseram os autores.

Os Institutos Nacionais de Saúde forneceram financiamento para a pesquisa. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Sciencedaily.

segunda-feira, 17 de agosto de 2020

Um novo modelo radical do cérebro ilumina sua fiação

A neurociência de rede não é simplesmente uma nova maneira de estudar o cérebro. É uma maneira de chegar mais perto da essência do cérebro, de como ele realmente funciona. ILUSTRAÇÃO: SAM WHITNEY

08.17.2020 - A Radical New Model of the Brain Illuminates Its Wiring.

A neurociência em rede pode revolucionar a forma como entendemos o cérebro - e mudar nossa abordagem para distúrbios neurológicos e psiquiátricos.