Kvantifikácia rizika afázie súvisiacej s chirurgickým zákrokom po odstránení mozgového nádoru

Kvantifikácia rizika afázie súvisiacej s chirurgickým zákrokom po odstránení mozgového nádoru

Dokážu chirurgovia kvantifikovať riziko afázie pri odstraňovaní nádoru na mozgu? Aby to zistili, vedci z kliniky Rechts der Isar na Technickej univerzite v Mníchove (TUM) analyzujú mozog ako sieť. V nedávnej štúdii so 60 pacientmi dosiahli úspešnosť s tromi štvrtinami svojich predpovedí.

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)

Nádory mozgu sú pomerne zriedkavé. Podľa Nemeckej neurologickej spoločnosti sa ročný výskyt pohybuje okolo piatich prípadov na 100 000 obyvateľov. „Vo väčšine prípadov je však chirurgické odstránenie nádoru nevyhnutné,“ hovorí prof. Sandro Krieg, ktorý odhaduje, že glióm – bežná forma mozgového nádoru – sa odstraňuje na Klinikum Rechts der Isar na Technickej univerzite v Mníchove (TUM). "Takmer každý deň."

V závislosti od nádoru Krieg a jeho kolegovia vyvíjajú individuálne liečebné a chirurgické stratégie. Zásadný bod: Zdravé tkanivo by sa malo čo najviac šetriť a nemali by sa poškodiť žiadne štruktúry, ktoré by mohli viesť k ďalším obmedzeniam. Napríklad „afázia“ je termín pre pooperačné jazykové poruchy. "Pred operáciou chceme mať presné poznatky o riziku afázie."

Vedúci lekár neurochirurgickej kliniky na Rechts der Isar Clinic sa predoperačnému mapovaniu mozgu venuje už viac ako 10 rokov. "Už dlho poznáme centrálne miesta v mozgu, ktoré sú zodpovedné za funkcie, ako je pohyb alebo jazyk. Ale až v posledných piatich rokoch sme začali analyzovať mozgovú sieť, aby sme sa naučili, ako rôzne oblasti spolupracujú, napríklad, aby umožnili človeku hovoriť. Jedna vec je jasná: neexistuje žiadne jazykové centrum ako také. Namiesto toho je štruktúra skôr ako niekoľko uzlov alebo uzlov veľkej siete, prostredníctvom ktorej je možný jazyk."

Nádor na mozgu: Predpovede prostredníctvom strojového učenia

Kľúčovú úlohu v súčasnom výskume zohráva analýza sieťových vlastností mozgu – takzvaná konektómová analýza – postup, ktorý tím prof. Kriega používa približne dva roky. „Týmto spôsobom kvantifikujeme spojenia v jednotlivých oblastiach mozgu,“ hovorí prof. Krieg. "Teraz sme začali priraďovať presnejšie funkcie oblastiam mozgu."

Elektronická kniha o neurovedách

Kompilácia top rozhovorov, článkov a noviniek za posledný rok. Stiahnite si bezplatnú kópiu

Vedci z TUM Dr. Haosu Zhang a Dr. Sebastian Ille zmapovali anatomické obrazy vrstiev mozgu zodpovedných za jazykové schopnosti. Proces je nasledovný: „Pomocou špeciálnej formy zobrazovania magnetickou rezonanciou, traktografie, vytvárame 3D reprezentácie sietí a podsietí nervových dráh v mozgu,“ vysvetľuje Zhang.

Táto sieťová analýza je podporovaná metódou navigovanej transkraniálnej magnetickej stimulácie, pri ktorej cielený magnetický impulz inhibuje nervové bunky vo vláknitých traktoch zodpovedných za jazyk. To spôsobí, že pacient pociťuje dočasnú poruchu reči, ktorú možno zistiť pomocou videoanalýzy. Umožňuje výskumníkom presne identifikovať oblasti mozgu zodpovedné za jazyk.

Kombinujeme takzvané parametre konektómu z traktografie s informáciami o funkcii reči pacienta.“

Dr. Haosu Zhang, vedec TUM

Na algoritme Zhang and Ille je zvláštne, že poskytuje „štatisticky významné parametre“ – údaje, ktoré možno použiť na trénovanie modelu strojového učenia, a tak lokalizovať jazyk jednotlivých pacientov. Akokoľvek zložité sa môže zdať aplikácia rôznych analytických metód, kľúčovou vlastnosťou metódy je jej jednoduchosť: celý proces analýzy funguje bez zložitých algoritmov alebo výkonných počítačov. „Údaje, ktoré používame, pochádzajú z bežných nemocničných testov,“ hovorí Zhang.

Sieťová analýza: 73-percentná presnosť pri predpovedaní narušenia jazyka

V nedávnej štúdii so 60 pacientmi výskumníci z Rechts der Isar Clinic ukázali, že táto kombinovaná analýza dokáže so značnou presnosťou (73 %) predpovedať, či operácia povedie k jazykovým ťažkostiam (pooperačná afázia). „Je veľmi dôležité, aby sme mohli robiť tieto predpovede,“ hovorí Krieg. Je nadšený z možnosti presnejšie kvantifikovať riziko prostredníctvom „analýzy skutočnej siete“ a mať konkrétne údaje, ktoré pomôžu zmapovať mozog.

A čo viac: S pomocou strojového učenia sa predpovede časom ešte zlepšujú. Na to však výskumníci potrebujú viac údajov o pacientoch na trénovanie algoritmov strojového učenia. „Je to jediný prístup, ktorý dokáže použiť veľké údaje na predpovedanie rizika chirurgického zákroku,“ hovorí prof. Krieg, ktorý teraz plánuje nábor ďalších pacientov pre svoj výskum. Verí, že na vysoko presné predpovede bude stačiť len „niekoľko stoviek“ pacientov.

Zdroj:

Technická univerzita v Mníchove (TUM)

Referencia:

Ille, S., a kol. (2022) Predoperačná funkčne špecifická analýza konektómu predpovedá afáziu súvisiacu s chirurgickým zákrokom po resekcii gliómu. Mapovanie ľudského mozgu. doi.org/10.1002/hbm.26014.

.