Virtuell hjärna verktyg mot psykisk ohälsa
Virtuella modeller av hjärnan är vägen fram för att få bukt med psykisk sjukdom. I ett nytt projekt hoppas forskare vid KTH kunna förbättra behandlingen av patienter med schizofreni. Forskningen har gjorts möjlig genom den snabba utvecklingen inom AI, superdatorer och big data.
Forskningsområdet, som kallas beräkningsneurobiologi, är under snabb utveckling med olika hjärnmodeller som förbättras och blir mer precisa. Modellerna kan användas för att både öka förståelsen för hur den friska hjärnan fungerar och hur man kan behandla hjärnans sjukdomar.
– Det känns helt fantastiskt att kunna få medverka aktivt i denna utveckling där vi flyttar gränserna för vad som är möjligt, säger Jeanette Hällgren Kotaleski , professor i datavetenskap och en av forskarna i storsatsningen Virtual Brain Twin, med en EU-finansiering på tio miljoner euro.
Forskningen bygger på tidigare EU-satsningar i projekt där man byggt storskaliga modeller av olika delar av hjärnans nätverk ner på cell-nivå. Syftet är att använda simuleringar för att undersöka och på sikt kunna förutsäga hur olika läkemedel som används mot schizofreni påverkar nervcellernas aktivitet.
– Vi har nu kommit så långt att det finns både kunskap, utifrån biologiska data, verktyg för analys genom AI och tillräcklig datorkraft för att kunna använda simulerade modeller av hjärnan för att bättre förstå vad som händer på olika nivåer, cell, nätverk och hela hjärnan.
Olika sympton
Modellen är ingen perfekt kopia av en hjärna utan omfattar valda delar av det man tror är viktigt för att kunna studera effekterna av en viss medicin. För KTH-forskarnas del handlar området om de så kallade basala ganglierna.
Schizofreni kan ha en mängd olika symptom. Hällgren Kotaleski tror att forskarnas resultat inom fyra, fem år kan komma att påverka hur man förstår de så kallade kognitiva och negativa symptomen av sjukdomen.
De skapar mycket lidande hos patienter även om man lyckats dämpa de mer behandlingsbara psykotiska symptomen. Kognitiva symptom kan vara sämre tankeförmåga och nedsatt arbetsminne, negativa kan vara att patienterna blir väldigt passiva och saknar initiativkraft.
I dagsläget fungerar medicin mot schizofreni i genomsnitt för ungefär 30 procent av patienterna i ett första skede.
Byta läkemedel
– Jag tror att vi kommer att förstå varför behandlingen idag fungerar endast på vissa patienter men inte på andra. Då skulle man kunna byta ut ett läkemedel som inte fungerar mot någon annan medicin eller behandling.
Hur kan en läkare använda plattformen som forskningen tar fram?
– Man kan lägga in information, till exempel hjärnavbildningsdata och specifika symptom om den enskilda patienten i plattformen och sedan förutsäga effekten av olika mediciner, och mer specifikt vilket läkemedel som kan förväntas förbättra de specifika symptomen.
Hjärnmodellerna inom projektet kan även användas för andra psykiatriska och neurologiska sjukdomar. Forskningen finns öppet tillgänglig och är aktuell för sjukdomar som Parkinsons och epilepsi.
– Hjärnans sjukdomar skapar ett stort lidande och de står för över en tredjedel av kostnaderna inom hälso- och sjukvården. Oavsett hur långt fram vi kommer inom projektet så är vi med och för utvecklingen framåt för att kunna effektivisera behandlingen av hjärnans sjukdomar.
Text: Christer Gummeson