مدل اتصال مغز پاسخ درمانی را در اختلال مصرف کوکائین پیش بینی می کند

محققان الگوی خاصی از فعالیت مغزی را شناسایی کرده‌اند که می‌تواند افراد مبتلا به اختلال مصرف کوکائین را از افراد بدون این بیماری متمایز کند. این الگوی فعالیت مغز همچنین می‌تواند پیش‌بینی کند که آیا فرد به درمان تحریک مغناطیسی مغز که برای کاهش اشتها طراحی شده است، پاسخ خوبی می‌دهد یا خیر. مطالعه ای که این نتایج را توصیف می کند در منتشر شده است سلامت روان طبیعت

اختلال مصرف کوکائین شامل مصرف اجباری مواد مخدر و میزان بالای عود است. درمان‌های روانی-اجتماعی کنونی به برخی از بیماران کمک می‌کند، اما بسیاری از افراد هنوز برای بهبودی تلاش می‌کنند. متخصصان پزشکی به نشانگرهای بیولوژیکی عینی برای تشخیص بهتر بیماری و توسعه درمان های هدفمند نیاز دارند.

برای یافتن این نشانگرها، محققان اغلب با استفاده از تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی به مغز نگاه می کنند. این فناوری جریان خون را در مغز اندازه گیری می کند تا متوجه شود کدام مناطق به طور همزمان فعال هستند. هنگامی که نواحی مختلف مغز با هم در حالی که فرد در حال استراحت است فعال می شوند، دانشمندان آنها را از نظر عملکردی مرتبط می دانند.

اتصال عملکردی نشان می دهد که چگونه بخش های مختلف مغز با هم ارتباط برقرار می کنند تا شبکه های پیچیده ای را تشکیل دهند. مطالعات تصویربرداری قبلی نشان داده است که اعتیاد به کوکائین ساختار مغز و فعالیت مغز مربوط به وظایف را تغییر می دهد. با این حال، نظارت بر ارتباطات در حال استراحت بین شبکه‌های مغزی ممکن است معیار حساس‌تری از اختلال عملکرد مغز ارائه دهد.

یکی دیگر از حوزه های نوظهور تحقیقات اعتیاد شامل تحریک مغناطیسی جمجمه ای مکرر است که اغلب به اختصار rTMS نامیده می شود. این درمان غیر تهاجمی از میدان های مغناطیسی برای تحریک مناطق خاصی از مغز استفاده می کند. آزمایش‌های بالینی نشان می‌دهد که می‌تواند به کاهش هوس کوکائین کمک کند، اما محققان به طور کامل نمی‌دانند که چرا برای برخی افراد و برای برخی دیگر مؤثر نیست.

مهندسان زیستی Kanhao Zhao و Yu Zhang از دانشگاه Lehigh تیمی از محققان را برای بررسی این سؤالات رهبری کردند. آنها می خواستند الگوی قابل اعتمادی از اتصال مغزی مرتبط با اختلال مصرف کوکائین پیدا کنند. آنها همچنین می خواستند بدانند که آیا این نشانگر بیولوژیکی می تواند پاسخ بیمار به درمان با تحریک مغناطیسی را پیش بینی کند یا خیر.

محققان با جمع‌آوری داده‌های تصویربرداری مغزی از یک گروه کشفی متشکل از 129 نفر در مکزیک شروع کردند. این گروه شامل 71 فرد مبتلا به اختلال مصرف کوکائین و 58 فرد سالم بود. شرکت کنندگان در حالت استراحت و بدون انجام هیچ کار خاصی در اسکنر بدون حرکت اسکن مغزی انجام دادند.

با استفاده از این داده ها، تیم ارتباط عملکردی در نواحی مختلف مغز را برای هر شرکت کننده ترسیم کرد. آنها این اطلاعات را به الگوریتم یادگیری ماشینی وارد کردند. وظیفه این برنامه رایانه ای یافتن الگوهای ارتباطی بود که می توانست به طور دقیق مصرف کنندگان کوکائین را از افراد سالم جدا کند.

این الگوریتم با موفقیت یک امضای اتصال عملکردی متمایز را برای اختلال مصرف کوکائین شناسایی کرد. این مدل دو گروه را با دقت 83 درصد متمایز کرد. محققان متوجه ناهنجاری های خاصی در نحوه ارتباط شبکه های مختلف مغز با یکدیگر شده اند.

افراد مبتلا به اختلال مصرف کوکائین ارتباط بیشتری بین شبکه‌های درگیر در پردازش بصری و توجه نشان می‌دهند. آنها همچنین ارتباطات بیشتری بین شبکه هایی داشتند که رفتار هدفمند و توجه حسی را کنترل می کنند. در همان زمان، بیماران ارتباط کمتری بین شبکه پیش‌فرض مغز که افکار درونی را پردازش می‌کند و شبکه لیمبیک که احساسات را پردازش می‌کند، نشان دادند.

برای اطمینان از قابل اعتماد بودن این مدل ها، محققان الگوریتم خود را روی یک گروه تکرار مستقل آزمایش کردند. این مجموعه داده دوم شامل 82 بیمار مبتلا به اختلال مصرف کوکائین و 81 فرد سالم از مکان‌های مختلف در ایالات متحده و مکزیک بود. مدل ریاضی امضای مغزی را که قبلاً آموخته‌ایم را برای این گروه جدید از شرکت‌کنندگان اعمال می‌کند.

در گروه مستقل، الگوریتم به طور دقیق شرکت کنندگان را با میزان موفقیت 70 درصد طبقه بندی کرد. تفاوت های خاص در اتصال مغز مشاهده شده در گروه اول در گروه دوم نیز وجود داشت. این تأیید کرد که امضای مغز یک ویژگی کلی اعتیاد به کوکائین است و نه تصادفی در داده های اصلی.

سپس تیم تحقیقاتی بررسی کردند که آیا این امضای تشخیصی مغز می تواند نتایج درمان را پیش بینی کند یا خیر. آنها داده های یک مطالعه کوچک شامل 45 بیمار مبتلا به اختلال مصرف کوکائین را که در یک کارآزمایی بالینی تصادفی شده شرکت کردند، تجزیه و تحلیل کردند. در این مطالعه، 25 بیمار تحریک مغناطیسی فعال مغز و 20 بیمار نسخه ساختگی یا ساختگی از درمان را دریافت کردند.

محققان اسکن مغزی این 45 بیمار را قبل از شروع درمان بررسی کردند. آنها اتصالات عملکردی خاصی را که امضای اختلال مصرف کوکائین را تشکیل می دهند، جدا کردند. آنها سپس از یک مدل کامپیوتری دیگر استفاده کردند تا ببینند که آیا قدرت این ارتباطات می تواند تغییراتی را در ولع مصرف کوکائین گزارش شده توسط بیماران پس از دو هفته پیش بینی کند.

این مدل با موفقیت کاهش اشتها را برای بیمارانی که تحریک مغناطیسی فعال دریافت کردند، پیش بینی کرد. بیمارانی که الگوهای ارتباطی خاصی در لوب های فرونتال دارند، احتمالاً از اشتهای خود رهایی پیدا می کنند. با این حال، این مدل نتوانست نتایج را برای بیماران گروه ساختگی پیش‌بینی کند، و نشان می‌دهد که امضای مغز به طور خاص با درمان واقعی مرتبط است.

در نهایت، محققان بررسی کردند که چگونه تحریک مغناطیسی ارتباط مغزی بیماران را در طول زمان تغییر می‌دهد. آنها اسکن مغز بیماران را قبل و بعد از دوره درمان دو هفته ای مقایسه کردند. آنها دریافتند که درمان فعال به عادی سازی ارتباط بین شبکه های درگیر در کنترل شناختی و حرکت فیزیکی کمک می کند.

این مطالعه بر اساس مشاهدات تصویربرداری مغز انجام شد، به این معنی که نتایج نمی‌توانند ثابت کنند که این الگوهای ارتباطی مغز مستقیماً باعث اعتیاد به کوکائین می‌شوند. این امکان وجود دارد که مصرف مزمن کوکائین ارتباطات مغزی را تغییر دهد یا الگوهای مغزی موجود، افراد خاصی را مستعد ابتلا به اعتیاد کند. درمان‌های تجربی که مستقیماً این مدارهای مغزی را دستکاری می‌کنند برای درک جهت دقیق این رابطه مورد نیاز است.

گروه‌های شرکت‌کننده در این مطالعه نیز مردان را به‌طور معنی‌داری بیشتر از زنان تشکیل می‌دادند. مصرف غیرقانونی کوکائین در بین مردان شایع تر است، اما این عدم تعادل جمعیتی به این معنی است که علامت مغزی شناسایی شده ممکن است به طور کامل نشان دهد که این بیماری در زنان چگونه ظاهر می شود. الگوهای اختلال عملکرد مغز ممکن است بر اساس جنسیت متفاوت باشد، که تحقیقات آینده باید بررسی شود.

داده‌های گروه تکرار مستقل از چندین سایت تحقیقاتی مختلف به دست آمد. تفاوت در نحوه کالیبره شدن اسکنرهای MRI عملکردی یا نحوه جمع آوری داده ها از سایت ها می تواند منجر به اختلاف شود. مطالعات آتی به روش‌های استاندارد جمع‌آوری داده‌ها و گروه‌های جغرافیایی متنوع‌تری از شرکت‌کنندگان برای تأیید قابلیت اطمینان این امضای مغزی نیاز دارند.

دانشمندان امیدوارند از این یافته ها برای بهبود درمان های هدفمند برای اعتیاد استفاده کنند. الگوهای اتصال شناسایی شده در این مطالعه در نهایت می تواند به عنوان یک ابزار غربالگری در تنظیمات بالینی عمل کند. پزشکان ممکن است روزی مغز یک بیمار را اسکن کنند تا مشخص کنند آیا او کاندید خوبی برای تحریک مغناطیسی است یا درمان های جایگزین مناسب تر است.

این مطالعه، “ارتباط عملکردی تبعیض آمیز اختلال مصرف کوکائین با پاسخ به درمان rTMS مرتبط است” توسط کانهائو ژائو، گریگوری A. Fonzo، Hua Xie، Desmond J. Oathes، Corey J. Keller، Nancy B. Carlisle، Amit Etkin، Eduardo A. Garza-Villarreal، و Yu.