Un estudi neurocientífic ha revelat nous coneixements sobre els mecanismes de la consciència, que estableixen les bases per tractar trastorns com l'anomenat estat vegetatiu de cara al futur. L'estudi s'emmarca en el projecte Human Brain Project i l'han elaborat conjuntament investigadors de la UPF i la Universitat de Lieja (ULiège) de Bèlgica. Els seus resultats s'han difós recentment a la revista Human Brain Mapping, a través de l'article “Whole-brain analyses indicate the impairment of posterior integration and thalamo-frontotemporal broadcasting in disorders of consciousness”.

Les aportacions d'aquest estudi podrien canviar i millorar la manera amb què es diagnostiquen els trastorns de la consciència en l'actualitat. Avui dia, els diagnòstics de les persones es basen principalment en la seva resposta conductual a estímuls externs proporcionats pels professionals mèdics, però aquest estudi se centra en examinar l'activitat cerebral subjacent de les persones amb aquests trastorns (no vinculada -o no necessàriament- als estímuls de l'entorn).

Jitka Annen, investigadora principal (ULiège): “el metge s’asseu amb el pacient i avalua la seva resposta als estímuls. Tanmateix, això pot no correspondre a la seva activitat cerebral subjacent: alguns pacients amb alta activitat subjacent encara podrien ser incapaces de reaccionar (…) Volíem anar un pas més enllà”

Jitka Annen, investigadora principal de l'estudi (ULiège) explica: “El metge s’asseu amb el pacient i avalua la seva resposta als estímuls. Tanmateix, això pot no correspondre a la seva activitat cerebral subjacent: alguns pacients amb alta activitat subjacent encara podrien ser incapaces de reaccionar. És un grup heterogeni. Volíem anar un pas més enllà de l'avaluació i la classificació basades en neuroimatges i observar el flux d'informació en els seus cervells, per trobar patrons comuns associats amb la consciència”.

Gorka Zamora-López, també investigador principal de l'estudi del Center for Brain and Cognition (CBC) de la UPF, aclareix que els resultats d'aquest estudi podrien conduir a diagnòstics més precisos que els obtinguts actualment a partir de les proves mèdiques basades en estímuls externs. Podria donar-se el cas que un pacient no respongués a estímuls externs per factors diferents a l'estat vegetatiu (per exemple, perquè té problemes de mobilitat, d'audició…). Si el diagnòstic no es fa en base a estímuls externs, sinó en base a l'activitat cerebral subjacent, serà més precís en evitar les situacions que poden donar lloc a equívoc.

S'estudia l'activitat cerebral de pacients amb diferents trastorns de consciència: estat vegetatiu i estat de consciència mínima

Actualment, els pacients amb DoC (Disorders of Consciousness) es classifiquen en diverses categories: coma, síndrome de vigília sense resposta (anteriorment conegut com a estat vegetatiu) i estat de consciència mínima (que tradicionalment s'ha definit com l'estat en el qual una persona comença a respondre de manera parcial als estímuls externs o ambientals).

Els investigadors han analitzat dos grups de DoC: la síndrome de vigília sense resposta i l'estat de consciència mínima, juntament amb un grup de control de persones sanes. Aquestes anàlisis s'han fet tant amb persones reals com amb simulacions del funcionament cerebral amb un model informàtic.

Proves de les dinàmiques cerebrals amb pacients reals

En el cas de les proves amb persones reals (sanes, en estat vegetatiu i en estat de consciència mínima), es van recopilar dades de les seves dinàmiques cerebrals en estat de repòs (desperts, però sense cap tasca assignada) a través de fMRI (Imatge per ressonància magnètica funcional). En aquestes anàlisis, es van observar pertorbacions espontànies de l'activitat cerebral i quina era la probabilitat que es traslladessin d'una part a una altra del cervell.

“Basant-nos en pics espontanis d'activitat, avaluem la connectivitat personalitzada del cervell de cada pacient, la qual cosa ens pot dir com de probable és que un senyal viatgi d'un punt a un altre”, explica Gorka Zamora-López, investigador principal d'aquest estudi, del CBC de la UPF.

Simulacions del funcionament cerebral amb un model informàtic

Els investigadors del Human Brain Project  també han utilitzat un enfocament basat en simulacions del funcionament cerebral a partir d'un model informàtic. A partir d'aquest model, han treballat en la identificació dels circuits cerebrals implicats en la consciència. Han estudiat la propagació de senyals en models del cervell de pacients amb trastorns de la consciència (DoC per les seves sigles en anglès) i han identificat dos circuits rellevants a la regió cortical posterior i la regió del tàlem i frontotemporal.

Aquestes simulacions han servit per a analitzar quines regions del cervell són més propenses a propagar senyals i quines regions, a rebre-les en diferents tipus de persones (sanes, en estat vegetatiu i en estat de consciència mínima).

“Després de construir un model computacional individualitzat del pacient, vam activar un senyal al model i vam veure com reaccionava el cervell. En particular, buscàvem quines àrees tenien més probabilitats de respondre a un senyal; quines àrees són més propenses a propagar-la. Bàsicament, ens fixem en si una àrea actua com a influent o com influïda” – aclareix Gorka Zamora-López (CBC de la UPF).

Els resultats de la simulació del funcionament cerebral

El gràfic següent mostra els resultats d'aquesta simulació. En la primera columna, es mostren els resultats per a una persona sana; en la segona, per a una persona amb síndrome de vigília sense resposta (o estat vegetatiu); i en la tercera, per a una persona en estat de consciència mínima. La part superior a la línia discontínua mostra les regions del cervell més propenses a l'emissió de senyals i la part inferior, les més proclius a la seva recepció.

Aquests resultats mostren una marcada distinció entre el grup de síndrome de vigília sense resposta i el grup de consciència mínima, ja que el primer no mostra activitat en els circuits cerebrals identificats. “La diferència clau és que, en els pacients amb la síndrome de vigília sense resposta, cap regió del cervell sembla incrustada en una xarxa funcional, totes mostren una activació igualment baixa. En canvi, apareixen diferents regions i circuits en els models cerebrals de persones en estat de consciència mínima: la regió tàlem-frontotemporal quan transmet senyals i la regió cortical posterior quan les rep”, agrega Rajanikant Panda de la Universitat de Lieja.

Gorka Zamora-López (CBC de la UPF): ”Crec que aquests resultats podrien guiar els metges per comprendre millor el que està fallant en l'intercanvi d'informació i així buscar maneres de reactivar aquests circuits”

Aquestes troballes aporten nous coneixements sobre els trastorns de la consciència.  Podrien conduir a una comprensió més acurada dels mecanismes de la consciència, basats en l'activitat cerebral i no en les respostes conductuals. “Crec que aquests resultats podrien guiar els metges per comprendre millor el que està fallant en l'intercanvi d'informació i així buscar maneres de reactivar aquests circuits”, conclou Zamora-López (UPF).

Nota basada en el text de Roberto Inchingolo

Article de referència:

Rajanikant Panda, Ane López-González, Matthieu Gilson, Olivia Gosseries, Aurore Thibaut, Gianluca Frasso, Benedetta Cecconi, Anira Escrichs, Coma Science Group Collaborators, Gustavo Deco, Steven Laureys, Gorka Zamora-López, Jitka Annen. Whole-brain analyses indicate the impairment of posterior integration and thalamo-frontotemporal broadcasting in disorders of consciousness. Human Brain Mapping. https://doi.org/10.1002/hbm.26386

El projecte euCanSHare, coordinat per Karim Lekadir, membre del grup de recerca SIMBIOsys, del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) i del BCN MedTech de la UPF, desenvoluparà la primera plataforma centralitzada, segura i sostenible per millorar l'intercanvi de dades transfrontereres i la investigació de medicina personalitzada en estudis múltiples en cardiologia.

El projecte ha començat l'1 de desembre de 2018, amb una durada de 4 anys i un finançament total de més de 6 milions d'euros. euCanSHare celebrarà la seva reunió de llançament a Brussel·les (Bèlgica), a la Societat Europea de Cardiologia, el pròxim 11 de desembre de 2018.

Sorgeix com a la primera plataforma d'intercanvi de dades transfrontereres sobre ciència de dades en cardiologia

Inicialment la plataforma treballarà en 35 cohorts europees i canadenques que sumen més d'un milió de registres. Els estudis de cohort són estudis epidemiològics, observacionals, analítics prospectius o retrospectius. La plataforma inclourà àmplies funcionalitats per a la presentació, harmonització i anàlisi de dades.

La plataforma investigarà la cardiomiopatia diabètica, l'infart de miocardi i l'accident cerebrovascular utilitzant enfocaments integrals multifactorials i multiòmics

Les característiques de la plataforma es mostraran i s'ajustaran a suposades condicions mèdiques associades a la cardiologia. Per exemple, investigarà la cardiomiopatia diabètica, l'infart de miocardi i l'accident cerebrovascular utilitzant enfocaments integrals multifactorials i multiòmics.

El mòdul d'anàlisi de dades de la plataforma inclourà eines per a la segmentació d'imatges cardíaques, la quantificació cardíaca i el control de qualitat de les dades, així com també capacitats provinents de la bioinformàtica i l'aprenentatge automàtic.

Un projecte coordinat per la UPF

En aquest projecte, la Universitat Pompeu Fabra coordinarà un consorci multidisciplinari i altament experimentat que inclou onze institucions de recerca, dues organitzacions i dues PIME europees, i tres institucions canadenques. Entre les institucions de recerca participa al Barcelona Supercomputing Center (BSC) i el Centre de Regulació Genòmica (CRG).

Consorci:

Universitat Pompeu Fabra, Barcelona, España (coordinador)

Medical University of Hamburg-Eppendorf, Hamburg, Alemanya

Erasmus Medical Centre Rotterdam, Holanda

Queen Mary University of London, Regne Unit

Katholieke Universiteit Leuven, Bèlgica

Barcelona Supercomputing Centre, Espanya

Centre de Regulació Genòmica, Barcelona, Espanya

National Institute for Health and Welfare, Finlàndia

Medical University of Greifswald, Alemanya

European Society of Cardiology, Sophia Antipolis, França

Biobanking and Biomolecular Resources Research Infrastructure, Viena, Àustria

Lynkeus Srl, Roma, Itàlia (PYME)

Nostrum BioDiscovery, Barcelona, Espanya (PYME)

Research Institute of the McGill University Health Centre, Montreal, Canadà

McGill University, Montreal, Canadà

McMaster University, Hamilton Health Sciences, Canadà