Intrakraniální vyšetření nervové cirkulace, která je základem lidské nálady

Deprese je jednou z nejčastějších poruch duševního zdraví, která postihuje 7–8 % populace a způsobuje postiženým jedincům obrovskou invaliditu a ekonomickou zátěž společnosti. Aby bylo možné optimalizovat stávající léčbu a vyvinout vylepšené, výzkumníci potřebují hlubší pochopení mechanistického základu této komplexní poruchy. Předchozí práce v této oblasti zaznamenala významný pokrok, ale má dvě hlavní omezení. (1) Většina studií používala neinvazivní, a proto nepřesná měření mozkové aktivity. (2) Modelování černé skříňky používané k propojení nervové aktivity s chováním zůstává obtížně interpretovatelné, a ačkoliv je někdy úspěšné při popisu aktivity v určitých kontextech, nemusí zobecňovat na nové situace, poskytovat mechanický náhled nebo účinně vést terapeutické intervence. K překonání těchto problémů kombinují vyšetřovatelé přesné intrakraniální neurální záznamy u lidí se sadou nových přístupů vysvětlitelné umělé inteligence (XAI). Vyšetřovatelé sestavili tým experimentátorů a počítačových expertů s kombinovanými zkušenostmi dostatečnými pro tento úkol. Náš unikátní soubor dat zahrnuje dvě skupiny subjektů: Epileptická kohorta sestává z pacientů s refrakterní epilepsií podstupující monitorování intrakraniálních záchvatů a depresivní kohorta sestává ze subjektů ve výzkumné studii financované NIH/BRAIN zaměřené na hlubokou mozkovou stimulaci deprese rezistentní na léčbu (TRD ). Jako celek tento soubor dat poskytuje přesné, časoprostorově vyřešené lidské intrakraniální záznamy a údaje o stimulaci v širokém dynamickém rozsahu závažnosti deprese. Naše cíle uplatňují progresivní přístup k modelování a manipulaci vztahů mezi mozkem a chováním. Cíl 1 se snaží identifikovat rysy nervové aktivity spojené s náladovými stavy. Počínaje současnými nejmodernějšími modely umělé inteligence a poté používá „žebříkový“ přístup k přemostění k modelům se zvyšující se expresí při současném zavedení mechanisticky vysvětlitelné struktury. Zatímco Cíl 1 se zaměřuje na úroveň nálady, kterou si sami uvádějí jako zájmový index chování, Cíl 2 využívá alternativní přístup zaměřený na měřitelné neurobiologické rysy inspirovaný kritérii výzkumné domény (RDoC). Tyto vlastnosti, jako je citlivost na odměnu, averze ke ztrátám, pozornost vedoucích pracovníků atd., jsou extrahovány z výkonu behaviorálních úkolů pomocí nového přístupu XAI „inverzní racionální kontroly“.

Vztah těchto opatření k vzorcům nervové aktivity poskytuje další mechanické a normativní porozumění neurobiologii deprese. Cíl 3 využívá rekurentní neuronové sítě k modelování důsledků bohatě rozmanitých vzorců intrakraniální stimulace na více místech na nervovou aktivitu. Poté za použití inovativního přístupu XAI „počáteční smyčky“ k odvození stimulačních strategií pro řízení s otevřenou a uzavřenou smyčkou, které mohou řídit nervový systém k požadovanému, zdravějšímu stavu. V případě úspěchu by tento projekt zlepšil naše chápání patofyziologie deprese a zlepšil strategie neuromodulační léčby. To lze také aplikovat na řadu dalších neurologických a psychiatrických poruch, což představuje důležitý krok směrem k precizní neurovědě řízené XAI.