Zapis EEG może wskazać, jaki lek psychiatryczny przyjmuje pacjent

Analiza ponad 24 tys. zapisów EEG i przeszło 75 tys. parametrów opisujących aktywność elektryczną mózgu pozwoliła naukowcom z Instytutu Nenckiego PAN określić charakterystyczne „sygnatury” działania różnych grup leków psychiatrycznych. To największe tego typu badanie na świecie. Wyniki, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie eBioMedicine z grupy „The Lancet”, mogą w przyszłości pomóc oceniać skuteczność leczenia oraz sprawdzać, czy pacjent przyjmuje zalecone leki.

Największa analiza EEG i leków psychotropowych

Zespół Pracowni Neurofizjologii Umysłu Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN przeprowadził największą na świecie analizę wpływu leków psychiatrycznych na zapis elektroencefalograficzny (EEG).

Dotychczas podobne badania obejmowały zwykle około stu pacjentów i koncentrowały się na pojedynczym leku. Tym razem naukowcy przeanalizowali ponad 24 tys. zapisów EEG, obejmujących 14 grup leków stosowanych m.in. w leczeniu depresji, schizofrenii i padaczki.

– Zazwyczaj badano nieco ponad 100 osób i jedną substancję leczniczą. My wyodrębniliśmy 14 grup leków stosowanych w różnych schorzeniach i przetestowaliśmy je na ponad 24 tys. zapisów EEG. Nikt wcześniej nie zrobił takich dużych analiz – podkreśla prof. Jan Kamiński, kierownik zespołu badawczego.

Badania wykorzystały zanonimizowane dane zebrane przez ponad 20 lat w Instytucie Psychiatrii i Neurologii oraz Szpitalu Nowowiejskim w Warszawie. Grupy pacjentów zostały dobrane tak, aby osoby przyjmujące leki i grupa kontrolna miały porównywalny rozkład wieku, płci i rozpoznanych zaburzeń.

Pierwszą autorką publikacji jest doktorantka Magdalena Szponar.

Ponad 75 tysięcy parametrów aktywności mózgu

Badacze przeanalizowali praktycznie wszystkie cechy sygnału spoczynkowego EEG opisane w literaturze naukowej.

Łącznie uwzględniono ponad 75 tys. parametrów, obejmujących m.in. moc fal mózgowych, stopień synchronizacji aktywności pomiędzy różnymi obszarami mózgu oraz miary złożoności sygnału.

Tak szeroki zakres analiz pozwolił nie tylko potwierdzić wcześniejsze obserwacje, lecz także odkryć nowe zależności między działaniem leków a aktywnością elektryczną mózgu.

Potwierdzone i nowe zależności

Badanie potwierdziło znane już nauce efekty działania niektórych leków.

Naukowcy wykazali m.in., że:

• benzodiazepiny zwiększają moc fal beta, związanych z czuwaniem, koncentracją i aktywnym przetwarzaniem informacji;
• leki przeciwdepresyjne z grupy SSRI zwiększają synchronizację fal gamma pomiędzy różnymi obszarami mózgu, co ma znaczenie dla procesów uwagi, pamięci operacyjnej i integracji informacji.

Jednocześnie badania ujawniły kilkanaście nowych zależności, szczególnie dotyczących leków przeciwpadaczkowych. Okazało się, że wpływają one na złożoność sygnału EEG, zmniejszają synchronizację w paśmie alfa oraz zwiększają ją w paśmie theta.

Badacze zaobserwowali również, że benzodiazepiny obniżają moc fal theta, co może wiązać się z redukcją lęku, natomiast leki przeciwpsychotyczne zwiększają synchronizację fal theta i jednocześnie zmniejszają synchronizację fal beta. Taki wzorzec może świadczyć o obniżeniu ogólnego poziomu pobudzenia mózgu i sprzyjać ograniczaniu procesów związanych z powstawaniem halucynacji.

Nowe możliwości dla diagnostyki i badań nad lekami

Zdaniem autorów odkryte wzorce aktywności mózgu mogą stać się ważnym punktem odniesienia zarówno dla lekarzy, jak i naukowców opracowujących nowe terapie.

W przyszłości analiza EEG może pomóc ocenić, czy pacjent rzeczywiście przyjmuje przepisane leki oraz czy wywołują one oczekiwany efekt biologiczny.

– 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.

BrainwavesRX – otwarta baza danych dla naukowców i klinicystów

Wyniki badań zostały udostępnione w serwisie BrainwavesRX – interaktywnej bazie danych umożliwiającej analizę wpływu powszechnie stosowanych leków psychotropowych na aktywność elektryczną mózgu.

Narzędzie ma wspierać zarówno badania naukowe, jak i praktykę kliniczną, ułatwiając porównywanie zmian w zapisie EEG wywoływanych przez różne grupy leków.

EEG nadal pozostaje niezwykle cennym narzędziem

Choć elektroencefalografia ma już ponad sto lat, rozwój metod analizy danych sprawia, że jej znaczenie stale rośnie.

– To bardzo bogaty sygnał. Dużo się w nim dzieje, ale żeby budować algorytmy, które skutecznie uogólniają określone zjawiska, potrzebujemy bardzo dużych zbiorów danych – podsumowuje prof. Jan Kamiński.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie eBioMedicine z grupy „The Lancet”.

O Instytucie Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN

Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN został założony w Warszawie w 1918 roku. Należy do czołowych polskich ośrodków prowadzących badania z zakresu neurobiologii, biologii komórki, biologii molekularnej i biochemii.

Naukowcy Instytutu rozwijają nowoczesne metody diagnostyczne i terapeutyczne dotyczące m.in. chorób neurodegeneracyjnych, zaburzeń metabolicznych oraz nowotworów. Instytut dysponuje zaawansowaną infrastrukturą badawczą obejmującą m.in. sekwencjonowanie DNA, badania przedkliniczne, produkcję zwierząt transgenicznych oraz nowoczesne techniki obrazowania biologicznego. Prowadzona strategia wspierania innowacyjności przekłada się na rosnącą liczbę publikacji naukowych, patentów i projektów realizowanych we współpracy z przemysłem.

Fot. Jan Kamiński/Instytut Nenckiego