Wyszukiwanie choroby afektywnej dwubiegunowej za pomocą MRI

Ten artykuł – fabuła w języku Przegląd technologii numer drukowany grudzień 2005/styczeń 2006 – został podzielony na trzy części do prezentacji online. To jest część 1; część 2 pojawi się we wtorek 24 stycznia i część 3 w środę 25 stycznia.

Kiedy Bradley Peterson, psychiatra i badacz z Columbia University, zaproponował, że zeskanuje mój mózg rezonansem magnetycznym wielkości małej przyczepy Airstream, od razu się zgodziłem. Spędziłem 10 minut na wypełnianiu długiej listy kontrolnej (skłamałem na pytaniu, czy mam klaustrofobię) i kolejne kilka minut na opróżnianiu kieszeni i pozbywaniu się kluczy, zegarka i długopisu, które mogą stać się pociskami wewnątrz silnego magnesu MRI pole.

Położyłem się na wąskiej palecie, która wsuwała się do maszyny jak szuflada w kostnicy. Maszyna jęknęła i brzęknęła, gdy zajrzała do mojej czaszki, po czym zamilkła. Z delikatnym warkotem paleta wysunęła się, a ja się rozluźniłam. Mniej więcej w czasie, jaki zajmuje wypalenie kilku płyt CD na moim laptopie, Peterson pochylał się nad ekranem, pokazując mi szczegółowy czarno-biały obraz mojego mózgu.

Skany mózgu, takie jak to, które miałam, są teraz rutynowe, używane do wszystkiego, od wykrywania oznak udaru po wyszukiwanie podejrzanych guzów. Ale naukowcy, tacy jak Peterson, popychają technologię MRI dalej, niż ktokolwiek kiedyś myślał, że może się to udać. W ciągu ostatniej dekady MRI został przebudowany, aby ujawnić nie tylko anatomię mózgu, ale także sposób jego działania.

Podczas gdy konwencjonalne skany MRI, takie jak to, które dał mi Peterson, ujawniają struktury fizjologiczne, odmiana zwana funkcjonalnym MRI (fMRI) może teraz również obrazować przepływ krwi w czasie, pozwalając naukowcom zobaczyć, które obszary mózgu są aktywne podczas niektórych zadań.

Rzeczywiście, badania fMRI w ciągu ostatnich kilku lat dostarczyły naukowcom zaskakujących obrazów mózgu faktycznie podczas pracy. Jeszcze nowszym rozszerzeniem jest spektroskopia MRI, inny rodzaj funkcjonalnego obrazowania, który monitoruje aktywność określonych substancji chemicznych w mózgu – dostarcza innych wskazówek dotyczących funkcjonowania mózgu niż fMRI. A ostatnio naukowcy opracowali pionierską technikę MRI zwaną obrazowaniem tensora dyfuzji (DTI), która wytwarza trójwymiarowe obrazy kruchej, pajęczej sieci przewodów, która łączy jedną część mózgu z drugą.

MRI stało się, mówi Robert Desimone, dyrektor McGovern Institute for Brain Research na MIT, najpotężniejszym narzędziem do badania ludzkiego mózgu. Porównuję to do wynalezienia teleskopu dla astronomów. Desimone zauważa, że ​​pojawienie się teleskopu nie od razu zrewolucjonizowało naukowe rozumienie wszechświata. Zajęło to trochę czasu, ponieważ naukowcy nauczyli się korzystać z nowego narzędzia.

To samo dzieje się z MRI, mówi Desimone. Naukowcy dopiero teraz zaczynają zdawać sobie sprawę z potencjału tych technik, które po raz pierwszy zostały szeroko zastosowane na ludziach około 15 lat temu. Widzisz wiele emocji w terenie, mówi Desimone.

Kilka postępów technicznych przyczyniło się do poprawy MRI. Na szczycie listy znajduje się opracowanie silniejszych magnesów MRI, które umożliwiają bardziej szczegółowe skany o wyższej rozdzielczości. Czym megapiksele są dla aparatu cyfrowego, tesla, miara natężenia pola magnetycznego, są dla rezonansu magnetycznego: im ich więcej, tym lepsza jakość obrazu. Najnowsze rezonanse magnetyczne generują pola magnetyczne o wartości około siedmiu tesli, wiele tysięcy razy silniejsze niż pole magnetyczne Ziemi i co najmniej dwa razy silniejsze niż te zwykle stosowane w szpitalach. (Niektóre ośrodki badawcze, w tym McGovern Institute, mają skanery MRI 9,4 tesli do badań na zwierzętach.)

Kolejnym kluczowym osiągnięciem jest sukcesja coraz bardziej złożonych metod analizy komputerowej. Pozwalają one naukowcom na wyodrębnienie większej ilości i lepszych informacji z danych ze skanera i ulepszyły nie tylko fMRI, ale także spektroskopię MRI i DTI.

Ostatecznym celem badań nad obrazowaniem mózgu jest wyjaśnienie, w jaki sposób miliardy neuronów i połączeń w mózgu dają początek myślom. Ale naukowcy stosują również nowe techniki MRI do bardziej praktycznego, bezpośredniego celu: poprawy diagnozy i leczenia chorób psychicznych i zaburzeń uczenia się. Istnieje nadzieja, że ​​obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego zapewni o wiele dokładniejszą diagnozę chorób psychicznych, których objawy mogą być do siebie podobne, zapobiegając wieloletnim cierpieniom pacjentów, którzy zażywają niewłaściwe leki.

W ramach tych wysiłków naukowcy wykorzystują MRI do badania przyczyn nie tylko dolegliwości psychicznych, ale wszelkiego rodzaju nieprawidłowości mózgu i zaburzeń uczenia się, w tym często występujących u dzieci urodzonych przedwcześnie. I chociaż próby wykorzystania obrazowania mózgu w celu poprawy opieki psychiatrycznej nie przyniosły sukcesu w ciągu ostatniej dekady, nowe technologie MRI – w istocie znacznie silniejsze teleskopy na umyśle – dają nową nadzieję na znalezienie lepszych sposobów interwencji.

Dwubiegunowy odcisk palca

Jednym z liderów wysiłków na rzecz wykorzystania MRI w diagnostyce i leczeniu dolegliwości psychicznych jest John Port w Mayo Clinic w Rochester w stanie Minnesota. Port jest neuroradiologiem, który rozpoczął swoją karierę od studiowania elektrotechniki i informatyki na MIT, a później uzyskał doktorat z biologii komórki i doktora medycyny na Uniwersytecie Illinois. Jest więc na dobrej pozycji do badania zarówno podstawowej technologii MRI, jak i jej zastosowań w medycynie.

Prace Porta nad MRI mogą mieć szerokie zastosowanie w psychiatrii, ale na razie koncentruje się na swoim szczególnym zainteresowaniu: chorobie afektywnej dwubiegunowej. Choroba afektywna dwubiegunowa, nazywana również depresją maniakalną, charakteryzuje się wahaniami nastroju od dzikiego entuzjazmu do głębokiej depresji, z okresami stabilizacji pomiędzy nimi. Zdjęcia rentgenowskie lub konwencjonalne rezonanse magnetyczne nie wykazują różnicy między mózgami osób z chorobą afektywną dwubiegunową a tymi bez niej; czasopisma medyczne są zaśmiecone nieudanymi próbami wykorzystania obrazowania w celu znalezienia charakterystycznych objawów choroby.

Port uważa, że ​​wiele z tych prób było błędnych z naukowego punktu widzenia. – Mam listę zwierzątek, które dręczą długą na milę – mówi. Istnieje milion badań, ale pacjenci mogą przyjmować sześć różnych leków. Więc kiedy widzisz coś innego, czy to leki? A może coś się dzieje? Innym problemem związanym z wieloma wcześniejszymi badaniami, jak mówi, jest to, że obejmowały zbyt małą liczbę pacjentów. Nie można nic powiedzieć od 10 pacjentów. Wiele badań nie było tak rygorystycznych, jak powinno.

Rzeczywiście, pomimo lat pracy, neuronaukowcy wciąż nie wiedzą, co powoduje chorobę afektywną dwubiegunową ani dokładnie, które części mózgu są zaangażowane. Ten brak wiedzy poważnie utrudnił poszukiwanie bezpieczniejszych i skuteczniejszych sposobów leczenia choroby. Główne leki na chorobę afektywną dwubiegunową, lit i Depakote, istnieją od dziesięcioleci.

Oba zostały odkryte przez przypadek, gdy badacze próbujący zrobić coś innego zauważyli, że leki złagodziły objawy choroby afektywnej dwubiegunowej. I chociaż leki mogą być dość skuteczne u niektórych osób, lekarze nie mają pojęcia, jak działają i którzy pacjenci najprawdopodobniej odniosą korzyści. Aby znaleźć lepsze leki, naukowcy muszą być w stanie określić dokładne mechanizmy lub struktury związane z zaburzeniem afektywnym dwubiegunowym.

Wskazanie mechanizmów może również prowadzić do dokładniejszej oceny zaburzenia. Często diagnoza w psychiatrii odbywa się metodą prób i błędów, w której psychiatra dokonuje świadomych domysłów na podstawie zachowania lub zgłaszanych przez pacjenta objawów, przepisuje lek i sprawdza, czy to pomaga. Jeśli tak się nie stanie, psychiatra rozważa inną diagnozę i inny lek, dopóki coś nie zacznie działać.

To, czego potrzebują psychiatrzy, to jakiś test, który da im odpowiedź: ten pacjent ma chorobę lub nie, mówi Port. On i inni badacze mają nadzieję, że skanery MRI zapewnią ostateczną diagnozę. A dla tych w zawodzie zdrowia psychicznego, to by wszystko zmieniło. Resztę kariery poświęcam wymyśleniu testu obrazowego, który pomoże psychiatrom zdiagnozować chorobę afektywną dwubiegunową i inne choroby – mówi Port.

Jutro: głębsze spojrzenie na technologie spektroskopii MRI i DTI.

Najnowsza książka Paula Raeburna to: Zapoznanie się z nocą , pamiętnik wychowania dzieci z depresją i chorobą afektywną dwubiegunową.

Zdjęcie strony głównej dzięki uprzejmości Johna Porta.

ukryć