Home / Program Naţional de Cercetare / Proiecte PNCDI II / Conectivitatea funcţională în stare de repaos în tulburările motorii – biomarkeri noninvazivi ai patologiei (NEUROCON)

Conectivitatea funcţională în stare de repaos în tulburările motorii – biomarkeri noninvazivi ai patologiei (NEUROCON)

Responsabil proiect ICI: Dr. ing. Liviu BADEA

Suport financiar: Proiectul se desfăşoară în cadrul Programului Naţional de Cercetare – Dezvoltare – Parteneriate în Domenii Prioritare, Direcţia de Cercetare Domeniul 4 – Sănătate, finanţat deUnitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării.

Organizaţiile partenere în proiect:

  • Spitalul Clinic „Prof. dr. Th. Burghele” – Coordonator
  • Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare în Informatică- ICI Bucureşti – Partener
  • Spitalul Universitar de Urgenţă Bucureşti – Partener

Perioada de parteneriat în cadrul proiectului:  iulie 2012 – decembrie 2016

Echipa de cercetare ICI:  dr. ing. Liviu Badea, ing. Anca Hotăran

Obiective:

  • studierea modificărilor conectivităţii funcţionale la nivelul ariilor cerebrale critice implicate în unele maladii neurologice motorii (maladia Parkinson şi distonii) utilizând ca metodăde investigaţie rezonanţa magnetică funcţională în stare de repaos;
  • dezvoltarea de tehnologii şi servicii medicale bazate pe rezonanţa magnetică funcţională  şi anatomică pentru îmbunătăţirea procedurilor de diagnostic diferenţiat şi de urmărire a eficienţei tratamentului;
  • dezvoltarea de algoritmi mai rafinaţi pentru inferarea hărţilor de conectivitate
  • dezvoltarea de algoritmi pentru identificarea subtipurilor afecţiunilor studiate (maladia Parkinson şi distonii) în scopul stabilirii unor terapii personalizate.

Rezultate:

În prima etapă”Studiu pilot şi procesarea datelor de la scanner” au fost analizate metodele de lucru existente în studiile funcţionale de repaos prin rezonanţă magnetică: au fost consultate metodele descrise în articole, extrase informaţiile referitoare la parametrii folosiţi de alţi experimentatori analizând imaginile din baze de date
publice (LONI– Laboratory of neuroimaging, UCLA si 1000 Functional Connectomes Project). Au fost făcute achiziţii repetate pe voluntari, cu diverşi parametri şi au fost aleşi cei optimi d.p.d.v. al raportului semnal/zgomot (cuantificat pe imagine) şi al capacităţii de acoperire a suprafeţei cerebrale.

Au fost obţinute imagini funcţionale de tip task-related pe baza metodei de regresie. Acest lucru a permis validarea capacităţii partenerilor de a prelucra statistic imagini BOLD (blood oxygenation level dependent) şi, de asemenea, a permis validarea rezultatelor obţinute ulterior pentru  resting-state fmri –  prin reluarea experimentului lui Biswald B, 1995, primul care a semnalat existenţa unor reţele de repaos cerebrale.

Metoda lui constă în obţinerea hărţilor prin metoda supervizată a “voxelilor de sămânţă” (seed voxels based method). Au fost obţinute hărţi neuronale de repaos atât prin metoda seed based, cât şi prin metoda nesupervizată, Independent Component Analysis (ICA). Au fost testate reproductibilitatea reţelelor obţinute, atât intrapacient
(între sesiuni diferite) cât şi interpacient.

Concluzia generală a acestor teste este că atât achiziţiile cât şi fazele de procesare utilizate sunt conforme celor mai bune practici în domeniu, constituind un serios punct de plecare pentru etapele următoare ale proiectului în care se urmăreşte obţinerea de markeri imagistici pentru maladia Parkinson.

În cea de a doua etapă”Analiza exploratorie a studiului pilot şi suplimentarea numărului de subiecţi implicaţi în studiu” a fost extins setul de pacienţi pentru un studiu lărgit care să permită obţinerea unui nivel crescut de confidenţă statistică. Lotul cuprinde 14 pacienţi în diferite stadii ale maladiei Parkinson (incipient, respectiv avansat) şi respectiv 9 subiecţi normali, de control.

Pentru aceştia s-a realizat scanarea anatomică  şi funcţională. Au fost obţinute 63 de scan-uri, 16 scan-uri de la voluntarii normali şi 47 de la pacienţi suferinzi de maladia Parkinson.

Scopul a fost explorarea posibilităţii diagnosticării bolii Parkinson pe baza modificărilor conectivităţii funcţionale între arii cerebrale critice, pornind de la analiza scanurilor funcţionale de rezonanţă magnetică (fMRI) în stare de repaos.

Experimentele au avut ca scop punerea în evidenţă a diferitelor stări de activare a creierului, alegerea condiţiilor experimentale având în vedere maximizarea diferenţierii stărilor. Pornind de la datele din imaginile obţinute prin rezonanţă magnetică, au fost căutate diferenţe semnificative între caracteristicile spaţiale şi temporaleale datelor, care să explice stările diferite de activare între pacienţi  şi subiecţii normali cât mai corect posibil.

Au fost descoperite diferenţe semnificative din punct de vedere statistic ale conectivităţii funcţionale la pacienţii cu Parkinson comparativ cu subiecţii normali. Mai mult, am arătat că aceste diferenţe pot fi utilizate pentru construirea unui clasificator al acestei maladii cu acurateţea de 77,8%. Teste preliminare arată că această
acurateţe poate fi îmbunătăţită semnificativ. Acest subiect va face obiectul etapei următoare, în care vor fi utilizate inclusiv datele de tractografie obţinute prin tehnica DTI. In etapa a treia, a fost lărgit numărul de subiecţi ajungând la 86% din lotul ce urmeazăa fi investigat în întregul proiect. Au fost realizate comparaţii între grupuri (sănătoşi/pacienţi Parkinson) pentru a vedea modificări ale conectivităţii atât la nivel local cât  şi la distanţă.

Găsirea unei/unor perechi de regiuni cerebrale a căror conectivitate e modificatăîn boala Parkinson ar putea conduce la dezvoltarea de biomarkeri ai respectivei boli şi ar putea facilita dezvoltarea unui clasificator pentru aceasta, cu rolul de indicator clinic. Prin metode consacrate (utilizare de programe deja recunoscute) sau prin metode create de noi, am obţinut clasificatoare pentru maladia Parkinson bazate pe scanuri de rezonanţă magnetică funcţională cu o acurateţe a diagnosticului de peste 80% (pe echipamente uzuale, existente în departamentele de imagisticămedicală, inclusiv în România). Rezultatele obţinute prin folosirea pachetului FSL-FMRIB  şi FSLNets sunt formulate într-un manuscris trimis spre publicare.