Novo dispositivo de estimulação cerebral profunda combinado com poderosa inteligência artificial poderia melhorar o tratamento da depressão resistente a medicamentos. Usando um novo dispositivo de estimulação cerebral profunda (DBS) capaz de registrar sinais cerebrais, os pesquisadores identificaram um padrão de atividade cerebral, ou “biomarcador”, associado a sinais de recuperação clínica da depressão resistente a medicamentos. As descobertas deste pequeno estudo são um passo importante no sentido de usar dados cerebrais para entender como os pacientes respondem aos tratamentos de DBS.
A pesquisa foi publicada na revista Nature e foi apoiada pela iniciativa Brain Research do National Institutes of Health através da iniciativa Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN Initiative).
Aplicações clínicas de DBS
Embora esta abordagem ainda esteja em fase experimental, estudos clínicos demonstraram que a ECP pode ser usada com segurança e eficácia para tratar casos de depressão em que os sintomas não melhoraram apesar da medicação antidepressiva, uma condição conhecida como depressão resistente aos medicamentos. Pacientes submetidos a DBS são submetidos a uma cirurgia para implantar um eletrodo de metal fino em uma área específica do cérebro para gerar impulsos elétricos para regular a atividade cerebral. Exatamente como a ECP melhora os sintomas em pessoas com depressão é pouco compreendida, tornando difícil para os pesquisadores acompanhar objetivamente as respostas dos pacientes ao tratamento e fazer os ajustes necessários.
O pequeno estudo envolveu 10 adultos com depressão resistente ao tratamento, que receberam DBS durante seis meses. Cada participante recebeu inicialmente a mesma dose de estimulação e depois o nível de estimulação foi aumentado uma ou duas vezes. Os pesquisadores então usaram ferramentas de inteligência artificial (IA) para analisar dados cerebrais coletados de seis pacientes e observaram uma assinatura comum de atividade cerebral, ou biomarcador, que se correlacionava com sintomas de depressão relatados pelos próprios pacientes ou sintomas estáveis de recuperação. Num paciente, os investigadores descobriram o biomarcador e, através de análise retrospectiva, previram que o paciente voltaria a ter um episódio depressivo major quatro semanas antes de uma entrevista clínica revelar que ele estava em risco de recorrência.
Melhorando o tratamento DBS
“Este estudo mostra que novas tecnologias e abordagens baseadas em dados podem melhorar o tratamento DBS do transtorno depressivo maior, que pode ser debilitante”, disse o Dr. John Ngai, Diretor do Programa BRAIN. “São colaborações como a que a Iniciativa BRAIN permite que aproximam terapias promissoras do uso clínico.
Neste estudo, os pacientes receberam terapia DBS direcionada ao córtex subcingulado (SCC), uma região do cérebro que regula o comportamento emocional e está associada à tristeza. DBS do córtex cingulado é uma terapia emergente que pode fornecer alívio estável e de longo prazo dos sintomas depressivos. No entanto, o tratamento da depressão com DBS continua a ser um desafio porque o caminho de cada paciente para uma recuperação estável é diferente. Os médicos também devem confiar em autorrelatos subjetivos em entrevistas com pacientes e em escalas de avaliação psiquiátrica para rastrear os sintomas, que podem flutuar ao longo do tempo. Isto torna difícil diferenciar entre alterações normais de humor e condições mais graves que requerem ajustes na estimulação. Além disso, as alterações nos sintomas após o tratamento com DBS podem levar semanas ou meses para aparecer, tornando difícil dizer a eficácia do tratamento.
“Este biomarcador demonstra que os sinais cerebrais podem ser usados para ajudar a compreender a resposta do paciente ao tratamento DBS e ajustar o tratamento de acordo”, disse Joshua A. Gordon, MD, diretor do Instituto Nacional de Saúde Mental do NIH. “Essas descobertas marcam um grande passo na tradução das terapias para a prática”.
Resposta do paciente e papel da tecnologia
Os pacientes do estudo responderam bem ao tratamento com DBS; após 6 meses, 90% dos sintomas depressivos dos pacientes melhoraram significativamente e 70% dos pacientes estavam em remissão ou não estavam mais deprimidos. Uma taxa de resposta tão elevada proporciona-nos uma oportunidade única de olhar para trás e estudar como o cérebro de cada paciente responde de forma diferente à estimulação durante o tratamento.
Christopher Rozelle, Cátedra Julian T. Hightower em Engenharia Elétrica e de Computação e Ph.D. em engenharia elétrica e de computação no Instituto de Tecnologia da Geórgia, em Atlanta, e seus colegas usaram uma técnica chamada inteligência artificial explicável para compreender essas mudanças sutis na atividade cerebral. O algoritmo usa dados cerebrais para distinguir entre estados depressivos e estados de recuperação estáveis, e pode explicar quais mudanças na atividade cerebral são os principais impulsionadores dessa mudança. É importante ressaltar que o biomarcador também distinguiu entre alterações de humor transitórias normais do dia a dia e piora persistente dos sintomas. Este algoritmo poderia fornecer aos médicos sinais de alerta precoce de que um paciente está progredindo para um estado altamente deprimido e requer ajustes de DBS e cuidados clínicos adicionais.
Mais insights e próximas etapas
"Nove dos 10 pacientes no estudo melhoraram, o que oferece uma excelente oportunidade de usar novas tecnologias para rastrear as trajetórias de recuperação dos pacientes", disse Helen Mayberg, médica, coautora do estudo e diretora do Nash Family Center for Advanced Circuit Therapy no Mount Sinai, na cidade de Nova York. “Nosso objetivo é identificar um sinal neural objetivo que possa ajudar os médicos a decidir quando ou não fazer ajustes no DBS”. "
“Nosso estudo mostra que com um procedimento escalonável e um manejo clínico informado usando eletrodos únicos na mesma região do cérebro, podemos melhorar os pacientes”, disse o Dr. Rozelle, co-autor sênior do estudo. “Este estudo também nos dá uma excelente plataforma científica para compreender as diferenças entre os pacientes, o que é fundamental para o tratamento de distúrbios psiquiátricos complexos, como a depressão resistente aos medicamentos”.
Em seguida, a equipe analisou dados de ressonância magnética cerebral retirados dos pacientes antes da cirurgia. Os resultados mostraram anormalidades estruturais e funcionais nas redes cerebrais específicas alvo da terapia DBS. Defeitos mais graves da substância branca estão associados a tempos de recuperação mais longos.
Os pesquisadores também usaram ferramentas de inteligência artificial para analisar mudanças nas expressões faciais extraídas de vídeos de entrevistas com participantes. Num ambiente clínico, as expressões faciais de um paciente podem refletir a gravidade dos seus sintomas depressivos, e os psiquiatras provavelmente detectarão tais alterações durante avaliações clínicas de rotina. Eles descobriram que os padrões de expressão de cada paciente correspondiam à transição da doença para a recuperação estável. Isto poderia servir como uma ferramenta adicional e um novo marcador comportamental para rastrear a recuperação do tratamento DBS. Mais pesquisas são necessárias para determinar se a análise de vídeo pode prever com segurança os estados de doença atuais e futuros.
As alterações observadas na expressão facial e os defeitos anatômicos foram correlacionados com o estado cognitivo capturado pelo biomarcador, apoiando o uso deste biomarcador no manejo da terapia DBS para depressão.
A equipe de pesquisa, que inclui Mayberg, MD, Rozell, MD, e Patricio Riva-Posse, MD, da Escola de Medicina da Universidade Emory, em Atlanta, está atualmente confirmando suas descobertas em uma segunda coorte de pacientes no Hospital Mount Sinai. Pesquisas futuras continuarão a explorar os efeitos antidepressivos da DBS, utilizando equipamentos de última geração para estudar a base neural de mudanças momentâneas de humor.
De acordo com a equipe de pesquisa, este estudo marca um avanço significativo no tratamento precoce de DBS para uma variedade de transtornos mentais, incluindo depressão maior, transtorno obsessivo-compulsivo, transtorno de estresse pós-traumático, bulimia e transtornos por uso de substâncias. Outros estudos de DBS identificaram biomarcadores cerebrais de dor crónica, mas ainda estão a ser desenvolvidas formas de utilizar dados cerebrais para tratar pacientes com sucesso.