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Neurotwin, tecnología de cerebros gemelos digitales para el tratamiento de enfermedades neurológicas

Neurotwin, tecnología de cerebros gemelos digitales para el tratamiento de enfermedades neurológicas

Un proyecto EIC Pathfinder Horizonte 2020 de la Unión Europea, coordinado por PYME catalana Neuroelectrics Barcelona en el que participan Gustavo Deco, profesor de investigación ICREA del DTIC y Jordi García Ojalvo, catedrático de Biología de Sistemas del DCEXS.

16.02.2021

Imatge inicial

EIC Pathfinder promueve la investigación e innovación colaborativas e interdisciplinarias sobre tecnologías futuras inspiradas en la ciencia y que son radicalmente nuevas. Neurotwin es un nuevo proyecto EIC Pathfinder Horizonte 2020 de la Unión Europea que construirá un marco computacional para representar los mecanismos de interacción de los campos eléctricos con redes cerebrales humanas personalizadas. Asimilará datos procedentes de técnicas de neuroimagen para diseñar estrategias de optimización personalizadas para tratar la enfermedad de Alzheimer.  

El proyecto desarrollará modelos cerebrales híbridos capaces de representar los efectos de la estimulación cerebral eléctrica no invasiva de alteraciones característicos de algunos de los trastornos cerebrales

El proyecto tendrá una duración de 48 meses y se inició en enero de 2021. Se centra en la tecnología de cerebros gemelos digitales para la neurociencia. Un gemelo digital es la generación o recopilación de datos digitales que representan un objeto físico. Neurotwin está coordinado por la PYME catalana Neuroelectrics Barcelona y participan dos grupos de investigación de la UPF: Gustavo Deco, director del Centro Cerebro y Cognición (CBC) y profesor de investigación ICREA del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC), y Jordi García Ojalvo, director del Laboratorio de Biología de Sistemas Dinámicos del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud (DCEXS).

"Planeamos investigar cómo las estimulaciones del modelo in silico podrían usarse para predecir y diseñar intervenciones terapéuticas electromagnéticas y/o farmacológicas"

El laboratorio de Gustavo Deco se centrará en el modelado de todo el cerebro, es decir, con el objetivo de extraer y comprender los mecanismos subyacentes a la dinámica global asociada con diferentes estados cerebrales (por ejemplo, estados de reposo de la enfermedad y sujetos sanos). "En particular, estudiaremos formas cuantitativas de definir los estados cerebrales. Planeamos investigar cómo las estimulaciones del modelo in silico podrían usarse para predecir y diseñar intervenciones terapéuticas electromagnéticas y o farmacológicas", afirma Deco. El laboratorio de García-Ojalvo desarrollará modelos dinámicos mínimos de actividad de todo el cerebro para identificar los principios subyacentes a la amplificación de perturbaciones electromagnéticas en redes cerebrales que operan cerca de la criticalidad.

El laboratorio de García-Ojalvo desarrollará modelos dinámicos mínimos de actividad de todo el cerebro para identificar los principios subyacentes a la amplificación de perturbaciones electromagnéticas en redes cerebrales que operan cerca de la criticalidad

El conocimiento adquirido con estos enfoques se validará en los modelos de masa neuronal más realistas desarrollados por Neuroelectrics. El proyecto desarrollará modelos cerebrales híbridos capaces de representar los efectos de la estimulación cerebral eléctrica no invasiva apropiados en el contexto de alteraciones de conectividad a gran escala y déficits oscilatorios que son característicos de algunos de los trastornos cerebrales, como la enfermedad de Alzheimer.

Las técnicas más avanzadas de modelado físico y fisiológico

La tecnología Neurotwin se beneficiará de las más avanzadas técnicas de modelado físico y fisiológico que permiten al proyecto mejorar la predicción de los efectos de la neuromodulación y diseñar y probar protocolos de neuromodulación optimizados. "Estamos aquí porque queremos revolucionar la neuropsiquiatría y brindar soluciones basadas en modelos a todos los pacientes que lo necesiten. Nuestro enfoque está basado en la ciencia y es computacional: creemos que ahora es el momento adecuado para atacar el problema de la neuromodulación personalizada basada en modelos de manera computacional, reuniendo los aspectos físicos y fisiológicos de la terapia. Y aunque nuestro enfoque actual está en la epilepsia y la enfermedad de Alzheimer, otros transtornos podran ser abordados computacionalmente”, añaden los coordinadores del proyecto.

Este nuevo enfoque puede suponer un gran avance en la terapia personalizada para los trastornos neurodegenerativos: “La realización del programa Neurotwin tendrá un impacto científico significativo porque requiere una representación realista de la dinámica cerebral en varias escalas, estados y condiciones. Nuestra máxima ambición es ofrecer soluciones terapéuticas disruptivas a través de un paradigma de neuromodulación individualizado impulsado por modelos”, concluyen los investigadores.

El proyecto reúne a expertos de diversas disciplinas: dinámica no lineal, teoría de redes, biofísica, ingeniería, neurociencia básica y computacional, investigación clínica, ética y filosofía. La institución coordinadora es una PYME de alta tecnología,  Neuroelectrics Barcelona. Los socios del proyecto son las universidades españolas Universidad Pompeu Fabra y  Universidad Pablo De Olavide; Universidad de Uppsala (Suecia); Forschungsgesellschaft für Arbeitsphysiologie und Arbeitsschutz (Alemania); Centro Médico Beth Israel Deaconess (Estados Unidos) y Fundazione Santa Lucia (Italia).

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