Kwantyfikacja ryzyka afazji związanej z operacją po usunięciu guza mózgu

Kwantyfikacja ryzyka afazji związanej z operacją po usunięciu guza mózgu

Czy chirurdzy mogą określić ilościowo ryzyko afazji podczas usuwania guza mózgu? Aby się tego dowiedzieć, naukowcy z kliniki Rechts der Isar na Uniwersytecie Technicznym w Monachium (TUM) analizują mózg jako sieć. W niedawnym badaniu z udziałem 60 pacjentów osiągnęli współczynnik trafień wynoszący trzy czwarte swoich przewidywań.

Mit einer speziellen Form der Magnetresonanztomographie, der sogenannten Traktographie, erstellen Wissenschaftler der TUM 3D-Darstellungen der Netzwerke von Nervenbahnen im Gehirn. Bildnachweis: Technische Universität München (TUM)

Guzy mózgu są stosunkowo rzadkie. Według Niemieckiego Towarzystwa Neurologii roczna zapadalność wynosi około pięciu przypadków na 100 000 mieszkańców. „Ale w większości przypadków chirurgiczne usunięcie guza jest nieuniknione” – mówi prof. Sandro Krieg, który szacuje, że glejaka – częstą postać guza mózgu – usuwa się w Klinikum Rechts der Isar na Politechnice Monachium (TUM). „Prawie codziennie.”

W zależności od guza Krieg i jego współpracownicy opracowują indywidualne strategie leczenia i operacji. Kluczowa kwestia: należy w miarę możliwości oszczędzać zdrową tkankę i nie niszczyć żadnych struktur, które mogłyby prowadzić do dalszych ograniczeń. Na przykład „afazja” to termin określający pooperacyjne zaburzenia językowe. „Chcemy mieć przed operacją dokładną wiedzę na temat ryzyka afazji”.

Kierownik kliniki neurochirurgii w Rechts der Isar Clinic od ponad 10 lat pracuje nad przedoperacyjnym mapowaniem mózgu. „Od dawna znamy centralne miejsca w mózgu odpowiedzialne za takie funkcje, jak ruch czy język. Jednak dopiero w ciągu ostatnich pięciu lat zaczęliśmy analizować sieć mózgową, aby dowiedzieć się, jak różne regiony współpracują ze sobą, na przykład aby umożliwić osobie mówienie. Jedno jest jasne: nie ma centrum językowego jako takiego. Zamiast tego struktura bardziej przypomina kilka węzłów lub węzłów dużej sieci, dzięki której możliwy jest język”.

Guz mózgu: przewidywania poprzez uczenie maszynowe

Analiza właściwości sieciowych mózgu – tzw. analiza konektomu – procedura stosowana przez zespół prof. Kriega od około dwóch lat – odgrywa kluczową rolę w obecnych badaniach. „W ten sposób określamy ilościowo połączenia w poszczególnych obszarach mózgu” – mówi prof. Krieg. „Zaczęliśmy teraz przypisywać bardziej precyzyjne funkcje obszarom mózgu”.

Książka elektroniczna Neuronauka

Zestawienie najważniejszych wywiadów, artykułów i aktualności z ostatniego roku. Pobierz bezpłatną kopię

Naukowcy z TUM, dr Haosu Zhang i dr Sebastian Ille, sporządzili mapę anatomicznych obrazów warstw mózgu odpowiedzialnych za zdolność językową. Proces przebiega następująco: „Korzystając ze specjalnej formy rezonansu magnetycznego, traktografii, tworzymy trójwymiarowe reprezentacje sieci i podsieci ścieżek nerwowych w mózgu” – wyjaśnia Zhang.

Ta analiza sieci jest wspierana metodą nawigowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, w której ukierunkowany impuls magnetyczny hamuje komórki nerwowe w drogach włóknistych odpowiedzialnych za język. Powoduje to, że u pacjenta występują przejściowe zaburzenia mowy, które można wykryć w analizie wideo. Umożliwia badaczom precyzyjną identyfikację obszarów mózgu odpowiedzialnych za język.

Łączymy tzw. parametry konektomu z traktografii z informacją o funkcji mowy pacjenta.”

Dr Haosu Zhang, naukowiec z TUM

Wyjątkowość algorytmu Zhanga i Ille polega na tym, że zapewnia on „parametry istotne statystycznie” – dane, które można wykorzystać do wytrenowania modelu uczenia maszynowego, a tym samym do zlokalizowania języka poszczególnych pacjentów. Choć zastosowanie różnych metod analizy może wydawać się skomplikowane, kluczową cechą tej metody jest jej prostota: cały proces analizy działa bez skomplikowanych algorytmów i wydajnych komputerów. „Dane, których używamy, pochodzą z rutynowych badań szpitalnych” – mówi Zhang.

Analiza sieciowa: 73-procentowa dokładność w przewidywaniu zaburzeń językowych

W niedawnym badaniu z udziałem 60 pacjentów naukowcy z kliniki Rechts der Isar wykazali, że ta połączona analiza pozwala ze znaczną dokładnością (73%) przewidzieć, czy operacja doprowadzi do trudności językowych (afazji pooperacyjnej). „Możliwość dokonania takich przewidywań jest bardzo ważna” – mówi Krieg. Jest podekscytowany możliwością dokładniejszego określenia ryzyka poprzez „prawdziwą analizę sieci” i posiadania konkretnych danych pomocnych w mapowaniu mózgu.

Co więcej: dzięki uczeniu maszynowemu przewidywania stają się z czasem jeszcze lepsze. Aby to jednak osiągnąć, badacze potrzebują większej ilości danych pacjentów, aby wytrenować algorytmy uczenia maszynowego. „To jedyne podejście, które pozwala wykorzystać duże zbiory danych do przewidywania ryzyka zabiegu chirurgicznego” – mówi prof. Krieg, który obecnie planuje rekrutować więcej pacjentów do swoich badań. Uważa, że ​​do bardzo trafnych przewidywań wystarczy już „kilkuset” pacjentów.

Źródło:

Uniwersytet Techniczny w Monachium (TUM)

Odniesienie:

Ille, S. i in. (2022) Przedoperacyjna analiza konektomu specyficzna dla funkcji pozwala przewidzieć afazję związaną z operacją po resekcji glejaka. Mapowanie ludzkiego mózgu. doi.org/10.1002/hbm.26014.

.