Multipla skleroza je bolest uglavnom povezana sa usporavanjem obrade informacija i nedostatkom motoričke koordinacije. To je neizlečiva bolest koja dovodi do degeneracije centralnog nervnog sistema, koja se manifestuje motoričkim i senzornim smetnjama.
Što se ranije bolest otkrije, efikasnije se može ublažiti njen tok. Obećavajući alat za rano otkrivanje ozbiljnosti ove neurološke bolesti je multifraktalna analiza električnih signala koji teku iz mozga, kao što su upravo pokazali istraživači koji sprovode projekat „Biološki inspirisane neuronske mreže“ Fondacije za poljsku nauku.
Rad je objavljen u časopisu Biomedicinska obrada i kontrola signala.
Postignuće je rezultat saradnje između istraživača iz četiri naučne institucije: Jagelonskog univerziteta (UJ), Tehnološkog univerziteta u Krakovu, Univerziteta SVPS (USVPS) u Katovicama i Instituta za nuklearnu fiziku Poljske akademije nauka (IFJ PAN) u Krakovu, gde su sprovedene multifraktalne analize.
„Potraga za multifraktalnim odnosima je računski zahtevna i počela je da se sve više širi u poslednjoj deceniji, zajedno sa povećanjem računarske snage računara i razvojem softvera. Kao rezultat toga, u mnogim oblastima naučne delatnosti, u mnogim oblastima naučne delatnosti, u mnogim oblastima naučne delatnosti, u mnogim oblastima naučne delatnosti, uporedo sa povećanjem računarske snage računara i razvojem softvera, potraga za multifraktalnim odnosima je zahtevna za korišćenje. multifraktali su tek u fazi ‘pravljenja svojih prvih koraka’. Jedna takva oblast je analiza složenosti električnih signala koje emituje ljudski mozak, posebno u kontekstu degenerativnih promena koje se dešavaju u njemu“, kaže dr Pavel Osviecimka sa Odeljenja za teoriju složenih sistema na Institutu za računarstvo, Poljske akademije nauka.
Pacijente za studije koje su činile osnovu projekta striktno su birali istraživači i lekari sa Odeljenja za neurologiju Medicinskog fakulteta UJ i Odeljenja za neurologiju u bolnici UJ. Grupa sa dijagnostikovanom multiplom sklerozom u ranom stadijumu je na kraju smanjena na 38 ispitanika – a kontrolna grupa na 27.
Elektroencefalografski (EEG) podaci su prikupljani nekoliko puta u periodu od dve godine, svaki put su ispitanici uključivali različite zadatke. Električna aktivnost mozga je merena korišćenjem 256 elektroda, od kojih je svaka uzorkovana hiljadu puta u sekundi. Pre stvarne analize, signali su očišćeni – uklanjanjem, na primer, artefakata izazvanih treptajem oka – i prema opšte prihvaćenoj konvenciji, kombinovani u grupe koje odgovaraju 20 oblasti mozga.
„Ukupna količina prikupljenih podataka je toliko velika da će našem timu biti potrebne godine da završi kompletan set multifraktalnih analiza. Stoga, rad koji smo upravo objavili u Biomedical Signal Processing and Control govori samo o očitanjima prikupljenim tokom najranije faze merenja se tiču situacije kada ispitanici koji su uzimali jedan od dva propisana leka nisu vršili nikakvu aktivnost tokom merenja“, objašnjava dr Osvjećimka.
Osnovna karakteristika „običnih“ fraktala je njihova samosličnost: uvećavajući ih, pre ili kasnije, vidimo strukturu veoma sličnu početnoj, ili čak identičnu. Šta se dešava kada kombinujemo nekoliko fraktala na jednostavan način? Rezultat je uglavnom buka. Međutim, postoje matematičke operacije koje prepliću fraktale u složene strukture koje zadržavaju sposobnost samosličnosti.
U običnim fraktalima, samosličnost se pojavljuje kada bilo koji fragment skaliramo faktorom koji je uvek konstantan za taj fraktal, dok se različiti fragmenti multifraktala moraju skalirati na različite načine. Ova karakteristika znači da dok analize koje koriste obične fraktale dozvoljavaju da se otkriju linearne korelacije kao što su trendovi, multifraktali mogu otkriti postojanje manje očiglednih, nelinearnih korelacija.
U fazi fraktalne analize, stručnjaci IFJ PAN-a su primetili da električni signali koji izlaze iz mozga zdravih ljudi pokazuju prisustvo određenih trendova dugog dometa, zbog čega su grafikoni njihove električne aktivnosti vizuelno glatkiji nego kod pacijenata sa multiplom sklerozom, čiji mozak šalje više „nazubljenih“ signala. Ali kada su multifraktali uključeni, situacija se menja: električni signali koje emituje mozak zdravih ljudi imaju manju strukturnu složenost nego kod pacijenata.
„Čini se da je kod ljudi sa multiplom sklerozom u ranoj fazi komunikacija između neurona složenija. Međutim, neuroni nisu potpuno nezavisni jedni od drugih, jer su i dalje zajednički odgovorni za formiranje EEG signala, pa samim tim, posmatramo splet fraktala, odnosno multifraktala“, kaže dr Osviecimka i dodaje: „Nasuprot tome, u kontrolnoj, zdravoj grupi pojedinačne fraktalne komponente su pravilnije, bolje se uklapaju i multifraktalna struktura postaje teže uočljiva .“
Tumačenje dobijenih rezultata predstavlja prof. Tadeusz Marek, sa Odseka za psihologiju USVPS: „Postojanje složene organizacije signala kod obolelih od multiple skleroze može ukazivati na kompenzacione procese u neuronskim mrežama mozga. Mozak pokušava da nadoknadi deficit. stvorena bolešću i traži puteve zaobilaženja oštećenih područja, što dovodi do reorganizacije mreže, funkcije ovih područja pokušavaju da preuzmu druge, još uvek efikasno radne grupe neurona, što se manifestuje u povećanju složenosti električne energije. aktivnost.“
Sumirajući rezultate analize multifraktalnih EEG snimaka, prof. Marek ističe da se oni pokazuju kao veoma osetljiv alat za detekciju kompenzacionih procesa koji se dešavaju u neuronskim mrežama mozga u ranoj fazi razvoja multiple skleroze.
Rezultati rada tima fizičara iz IFJ PAN su prvi korak ka razvoju preciznijih tehnika za procenu progresije multiple skleroze kod pacijenata. Trenutno se u tu svrhu koristi upitnik, koji je po svojoj prirodi izrazito subjektivan, dok objektivniji pregledi zahtevaju primenu magnetne rezonancije i stoga su ne samo invazivni već i visoko intenzivni.
Otkrivanje veze između pacijentovog stanja i multifraktalne složenosti električne aktivnosti njegovog mozga omogućilo bi objektivnu procenu korišćenjem tehnike merenja lake za upotrebu koja je neinvazivna i nije previše problematična za pacijenta.
Prijavljeni rezultati su prva faza analize EEG signala prikupljenih tokom ovog projekta, dok se preostali elektroencefalografski podaci trenutno obrađuju. Međutim, obim istraživanja je bio širi i uključivao je snimanje mozga korišćenjem strukturnih i funkcionalnih tehnika magnetne rezonance.
Ovo je rezultiralo nizom slika koje prikazuju poprečne preseke iz kojih se može rekonstruisati struktura mozga i promene u snabdevanju krvlju i oksigenaciji njegovih različitih oblasti. Potraga za multifraktalnim vjesnicima multiple skleroze stoga će se nastaviti, ne više u jednoj, već u četiri dimenzije.
