研究确定了大脑网络控制癫痫发作

一系列协调活动brain-spanning的神经元网络的形成可能听起来像一个杰出的新想法,但实际上它是癫痫发作的描述。理解为什么和如何同步传播将是一个重要的工具在治疗严重的癫痫。

在发表的一项研究神经元,一个跨学科的团队的宾夕法尼亚大学的研究人员发现了一种解释这一现象。使用一个计算机模型基于直接从癫痫患者大脑录音,他们是第一个显示的神经区域网络的存在可以在同步推或拉地区的直接参与癫痫发作。

进一步的研究,这种监管网络可以更有效的癫痫治疗的目标,包括植入式刺激设备有助于安静局部发作之前,蔓延在整个大脑。

这项研究是由丹尼尔·巴塞特,爱德华多·d·Glandt生物工程学系的副教授和在工程和应用科学学院的布莱恩•Litt教授在宾州佩雷尔曼医学院的神经病学与神经外科和生物工程的工程和佩恩癫痫中心主任和Ankit Khambhati,巴塞特最近的博士后和研究生的Litt实验室。医学的凯瑟琳·戴维斯,神经病学助理教授,和蒂莫西·卢卡斯,神经外科助理教授和主任潘中心神经工程学和疗法,也导致了工作

作为一个网络科学家,巴研究组的成员之间的联系是如何影响整个的行为。通过透镜观察癫痫、她Litt, Khambhati开发了一个计算机模型癫痫网络基于大脑从佩恩的录音癫痫患者。早先的研究表明,使用该模型算法模型可以预测的大脑会产生癫痫发作和这组神经元可能会蔓延到它生长。

在新的研究中,研究人员旨在了解焦发作,只局限于一个大脑的一部分,成为一般的癫痫发作,遍布大脑,因此更危险和衰弱。

“对癫痫患者,有许多真正的大脑区域支离破碎,seizure-generating网络,”巴塞特说。“我们的假设是,有一个单独的监管网络,通常能够安静的癫痫,癫痫发作的人推广,监管网络也断了。”

“没有人真正谈到这个监管网络,”她说。

在新的研究中,研究人员已经表明,这第二个网络作用于直接参与发作,影响病理是否同步仍局限于当地或传播整个大脑。

“作为一个障碍在大脑的能力来调节大脑区域之间的信息沟通,“Khambhati说,“癫痫可以被认为是一个交通流问题。一方面,如果一个十字路口的交通信号灯是绿色的,司机试图跨越,从四面八方完全同步,导致堵塞。另一方面,如果所有的灯是红色的,司机保持静止和信息停止流动。最有效的道路网络应该协调交通流在不同组的司机正在和在不同的时间停止。”

研究癫痫网络同步和使失调,研究人员模拟增加了一个新的维度。采用了一种被称为“虚拟皮质切除”,他们可以模拟手术切除大脑的不同部分。切除的地区与癫痫网络是最后的治疗严重癫痫;使用虚拟皮质切除,研究者可以测试针对监管网络的影响。

“我们的虚拟皮质切除技术,”Khambhati说,“让我们地图的位置同步,或绿灯,失步,或红灯,大脑区域促进了信息的流动。直观地说,我们的研究结果表明,癫痫发作更容易在大脑网络传播较弱的能力极限交通流通过失步大脑地区。”

“在工程方面,”巴塞特说,“我们认为这一监管网络被称为“推挽式监管控制。有一些地区的监管网络,可以把癫痫网络处于不活跃状态,或把它的状态。”

这种“推拉”机制似乎工作的方式类似于其他生物过程,维持体内平衡,如心率和体温的规定,但研究人员首次显示癫痫这种监管网络。

确定哪些地区的患者监管网络可以指导新的治疗方案,如植入式刺激设备支持的节点,将有助于安静的发作,或激光手术消除促进它的节点。

“我们的团队的方法提供了一个令人兴奋的方式来模拟不同的治疗干预措施的效果和预测结果和副作用,病人“Litt说。“功能模拟这种类型的有巨大的潜力来指导新的治疗各种神经疾病和疾病,影响身体的其他部位。”