Cyfrowe bliźniaki mózgu – przyszłość personalizowanej medycyny
W neurologii i psychiatrii od lat zmagamy się z tym samym problemem: większość terapii opiera się na badaniach populacyjnych. Tysiące pacjentów trafia do jednego schematu leczenia, a potem – metodą prób i błędów – sprawdzamy, kto zareaguje dobrze, a kto nie. Tymczasem każdy mózg jest inny. I właśnie tutaj wchodzi koncepcja Virtual Brain Twin (VBT).
Czym jest Virtual Brain Twin?
To cyfrowy bliźniak mózgu konkretnej osoby – model komputerowy, który łączy dane strukturalne (np. MRI, DTI) i funkcjonalne (EEG, MEG, fMRI) z matematycznymi modelami dynamiki sieci neuronowych. W praktyce powstaje symulacja całego mózgu pacjenta, wiernie odwzorowująca jego działanie. Dzięki temu lekarze i naukowcy mogą nie tylko obserwować aktywność mózgu, ale też przewidywać, jak zareaguje on na różne terapie.
Jak to działa?
Proces tworzenia VBT przebiega w kilku etapach:
- Zbieranie danych obrazowych – MRI, DTI, EEG, fMRI i inne źródła pozwalają stworzyć indywidualny „connectome”, czyli mapę połączeń w mózgu.
- Modelowanie matematyczne – aktywność neuronów odwzorowuje się przy pomocy tzw. neural mass models lub neural field models.
- Personalizacja – model jest kalibrowany danymi funkcjonalnymi pacjenta przy użyciu metod takich jak Bayesian inference.
- Symulacje i przewidywania – cyfrowy bliźniak pozwala testować, jak mózg zareaguje na leki, stymulację czy operację.
Zastosowania
Choć brzmi to futurystycznie, VBT już znajduje praktyczne zastosowania:
- Padaczka – planowanie operacji i leczenia w trudnych przypadkach (projekt Virtual Epileptic Patient).
- Choroby neurodegeneracyjne – lepsze zrozumienie starzenia się mózgu, Alzheimera czy Parkinsona.
- Stwardnienie rozsiane – badanie wpływu zmian w łączności mózgu.
- Interfejsy mózg–komputer – rozwój technologii pozwalających lepiej komunikować się osobom z niepełnosprawnościami.
Dlaczego to ważne?
Virtual Brain Twin to krok w stronę personalizowanej medycyny. Zamiast zgadywać, możemy symulować – i lepiej dobierać terapię pod konkretnego pacjenta. To także szansa na rozwój nowych leków, rehabilitacji czy metod stymulacji mózgu.
Cyfrowe bliźniaki mózgu to nie tylko narzędzie badawcze. To potencjalna rewolucja w tym, jak diagnozujemy i leczymy zaburzenia neurologiczne i psychiatryczne. I wszystko wskazuje na to, że ta rewolucja jest już tuż za rogiem.
Źródło:
Hashemi, M., Depannemaecker, D., Saggio, M., Triebkorn, P., Rabuffo, G., Fousek, J., … & Jirsa, V. (2024). Principles and operation of virtual brain twins. bioRxiv, 2024-10.
Autor: Krystian Dereziński
Polski