Analiza ponad 24 tys. zapisów EEG oraz występujących w nich 75 tys. zmiennych ujawniła sposób w jaki leki psychiatryczne wpływają na elektryczną aktywność mózgu. Dzięki wynikom badań zespołu pod kierunkiem prof. Jana Kamińskiego z Instytutu Nenckiego można będzie potencjalnie sprawdzić, czy dany pacjent przyjmuje przepisane leki oraz czy działają one zgodnie z przyjętymi założeniami. Pracę na ten temat publikuje prestiżowe czasopismo z grupy „The Lancet” - „eBioMedicine”.

Badania przeprowadzone przez zespół Pracowni Neurofizjologii Umysłu Instytutu Nenckiego PAN to największa tego typu analiza na świecie. Do tej pory poszczególne zespoły naukowe skupiały się na monitorowaniu wpływu jednego określonego leku na aktywność elektryczną mózgu, a ich prace obejmowały stosunkowo niewielkie grupy pacjentów.  – Zazwyczaj badano nieco ponad 100 osób i jedną substancję leczniczą. My wyodrębniliśmy 14 grup leków stosowanych w różnych schorzeniach m.in. depresji, schizofrenii czy padaczce i przetestowaliśmy je na ponad 24 tys. zapisów EEG. Nikt wcześniej nie zrobił takich dużych analiz – podkreśla prof. Jan Kamiński.

W swoich badaniach naukowcy z Instytutu Nenckiego wykorzystali zanonimizowane wyniki badań z dwóch warszawskich jednostek: Instytutu Psychiatrii i Neurologii oraz psychiatrycznego Szpitala Nowowiejskiego.

- Dane pochodzą z ponad 20 lat. Podział na płcie był mniej więcej równy w każdej z badanych grup, dobieraliśmy je względem płci, zaburzeń i rozkładu wieku. W grupie osób zażywających leki oraz kontrolnej (przed rozpoczęciem leczenia) płeć, wiek i zaburzenia, mają ten sam rozkład – mówi doktorantka Magdalena Szponar, pierwsza autorka pracy w „eBioMedicine”.

Jak podkreśla prof. Jan Kamiński, analizy jego zespołu objęły praktycznie każdą cechę sygnału spoczynkowego EEG, jaka istnieje w literaturze. -  Uwzględniliśmy praktycznie wszystko, co może stanowić zmienną w tym badaniu, stąd wzięła się ogromna liczba ponad 75 tys. parametrów  – zaznacza prof. Jan Kamiński.

Analizy jego zespołu potwierdziły wcześniej przeprowadzone badania oraz uzupełniły luki informacyjne związane z niewystarczającą ilością materiału badawczego lub testowanych leków. – Wiedzieliśmy, że niektóre leki psychiatryczne (psychotropowe) wpływają głównie na cechy widmowe sygnału, na przykład na moc częstotliwości alfa czy beta – mówi Magdalena Szponar. Widmo mocy EEG (gęstość widmowa mocy) to metoda przekształcania standardowego zapisu fal mózgowych w czytelny wykres rozkładu ich energii. Pozwala określić, które częstotliwości (np. szybkie lub wolne) dominują w danym obszarze mózgu.

Analizy przeprowadzone przez badaczy z grupy prof. Jana Kamińskiego potwierdziły na przykład, że benzodiazepiny powodują wzrost mocy fal beta, która często towarzyszy czuwaniu, skupieniu uwagi i aktywnemu przetwarzaniu informacji. Z kolei antydepresanty z grupy SSRI zwiększają synchronizację fal gamma pomiędzy różnymi obszarami mózgu. Procesy te odgrywają kluczową rolę w integrowaniu informacji sensorycznych, świadomym postrzeganiu, pamięci operacyjnej oraz procesach uwagi.

Te zależności były już znane nauce. Jednak badania naukowców z Instytutu Nenckiego ujawniły kilkanaście nowych powiązań między zażywanymi lekami a zapisem EEG. Najwięcej nowych informacji udało się ustalić w przypadku leków przeciwpadaczkowych. Okazało się, że wpływają one na złożoności sygnału EEG . Ponadto zmniejszają poziom synchronizacji (łączności) w paśmie fal alfa i zwiększają w zakresie theta.

W przypadku innych substancji wyszło na jaw, że benzodiazepiny obniżają moc fal theta (wskaźnik m.in. wysokiego zaangażowania emocjonalnego), co można łączyć ze zmniejszeniem niepokoju. Natomiast leki przeciwpsychotyczne (stosowane m.in. w schizofrenii) zwiększają synchronizację fal theta, jednocześnie zmniejszając synchronizację fal beta, co może wskazywać na obniżenie ogólnego poziomu pobudzenia mózgu i potencjalnie sprzyjać ograniczeniu procesów związanych z powstawaniem halucynacji.

Ustalenia naukowców z Nenckiego mają kolosalne znaczenie - dają innym badaczom i lekarzom punkt odniesienia, co do tego, jak powinien wyglądać zapis aktywności mózgu przy zażywaniu określonych leków. Stąd można będzie sprawdzić, czy chory bierze przepisane preparaty i czy one działają. -  Mogę sobie wyobrazić, że ktoś testuje nowy lek z grupy SSRI,  rejestruje EEG i sprawdza jak zmienia się aktywność mózgu pacjenta. Jeśli tak, jak wykazały nasze analizy, może stwierdzić, że lek jest skuteczny – mówi prof. Jan Kamiński.

Co ważne, wyniki badań naukowców z Instytutu Nenckiego zostały udostępnione na stronie BrainwavesRX (https://brainwavesrx.nencki.edu.pl/). To interaktywne narzędzie oraz internetowa baza danych, która umożliwia klinicystom i naukowcom badanie wpływu powszechnie stosowanych leków psychotropowych na elektryczną aktywność mózgu.

- Koncepcja badania EEG – zapisu aktywności umysłu człowieka – liczy już ponad 100 lat. Nie oznacza to jednak, że mamy do czynienia z przestarzałą metodą badawczą. Wraz z liczbą danych oraz możliwościami analizy tego sygnału, jej wartość się zwiększa. To bardzo bogaty sygnał, dużo się w nim dzieje, ale żeby zbudować jakieś algorytmy, które skutecznie zgeneralizują pewne zjawiska potrzebujemy dużo danych – podsumowuje prof. Jan Kamiński.

Link do oryginalnego artykułu: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352396426002586).

Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego powstał w Warszawie w 1918 roku z inicjatywy Kazimierza Białaszewicza, Edwarda Flataua oraz Romualda Minkiewicza. Instytut nazwano imieniem Marcelego Nenckiego (1847–1901 r.) - pracującego w  Zurichu i w Petersburgu wybitnego polskiego chemika, lekarza i fizjologa – uważanego za współtwórcę współczesnej biochemii.

Kadra Instytutu Nenckiego PAN rozwija najnowocześniejsze metody badawcze, które w połączeniu z precyzyjnymi narzędziami, pozwalają realizować ambitne, interdyscyplinarne projekty naukowe. Główny nurt badań skupia się na nowych terapiach oraz metodach diagnostycznych w zakresie chorób neurodegeneracyjnych, zaburzeń metabolicznych, nowotworów oraz innych schorzeń, które dotykają współczesnych ludzi. Naukowa działalność instytutu wspierana jest przez pracownie usługowe, które oprócz prowadzenia własnych badań, oferują szeroki zakres usług, w tym badania przedkliniczne, sekwencjonowanie DNA, produkcję zwierząt transgenicznych i obrazowanie biologiczne, od mikroskopii świetlnej oraz elektronowej aż po obrazowanie rezonansem magnetycznym. Wprowadzona strategia wspierania innowacyjności owocuje stałym wzrostem liczby publikacji oraz liczby wynalazków objętych patentami krajowymi i zagranicznymi, a także stymuluje współpracę instytutu z przemysłem.