Crean una IA que predice el riesgo de alzhéimer con un 99,99% de precisión

Crean una IA que predice el riesgo de alzhéimer con un 99,99% de precisión

El sistema de inteligencia artificial desarrollado, analiza escáneres cerebrales para llegar a su diagnóstico.

Esta nueva IA puede identificar los primeros marcadores de la enfermedad de Alzheimer con más del 99% de precisión. Al evaluar los escáneres cerebrales de los adultos mayores, el algoritmo puede detectar cambios sutiles que suelen tener lugar antes del diagnóstico, lo que permite a los médicos ofrecer un tratamiento temprano a las personas de alto riesgo.

Así, la IA reconoce con éxito los signos de deterioro cognitivo leve que, por lo general, no produce síntomas perceptibles, y está asociado con cambios en ciertas regiones del cerebro que se pueden detectar en las exploraciones de imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI). Sin embargo, los médicos no siempre los identifican al mirar directamente estos escáneres.

Los investigadores reutilizaron una red neuronal existente llamada ResNet18 y crearon un modelo de IA capaz de identificar estos pormenores con mayor confiabilidad. La IA fue entrenada con 51.443 escáneres cerebrales de 138 personas. Luego, se utilizaron otras 27.310 imágenes para validar el algoritmo, que pudo identificar el deterioro cognitivo temprano con una precisión del 99,99% y el MCI tardío con una precisión del 99,95%.

«El procesamiento de señales moderno permite delegar el procesamiento de imágenes a la máquina, lo que puede completarlo con la suficiente rapidez y precisión», explicó el autor del estudio, Rytis Maskeliūnas, en su estudio publicado en la revista Diagnostics. «Por supuesto, no nos atrevemos a sugerir que un profesional médico deba confiar en un algoritmo al cien por cien».

«El modelo propuesto funcionó mejor que otros modelos conocidos en términos de precisión, sensibilidad y especificidad», escriben los autores, y añaden que su sistema es «más confiable y preciso» que las herramientas de diagnóstico existentes para el riesgo futuro del alzhéimer.

Referencias:

– https://www.muyinteresante.es/tecnologia/inteligencia-artificial/articulo/crean-una-ia-que-predice-el-riesgo-alzheimer-con-un-99-99-de-precision-971631181325

– https://doi.org/10.3390/diagnostics11061071

Para crear recuerdos, el ADN debe romperse

Para crear recuerdos, el ADN debe romperse

La urgencia de recordar una experiencia peligrosa requiere que el cerebro realice una serie de movimientos potencialmente peligrosos: las neuronas y otras células cerebrales «abren» su ADN en numerosos lugares, más de lo que se pensaba anteriormente, para proporcionar un acceso rápido a las instrucciones genéticas, para los mecanismos de almacenamiento de memoria.

El alcance de estas roturas de doble cadena del ADN (DSB) en múltiples regiones cerebrales clave es sorprendente y preocupante, explica la autora principal del estudio, Li-Huei Tsai, profesora de neurociencia del MIT y directora del Instituto Picower para el aprendizaje y la memoria, porque mientras las roturas se reparan de forma rutinaria, ese proceso puede volverse más defectuoso y frágil con la edad. El laboratorio de Tsai ha demostrado que estas roturas persistentes están asociados con la neurodegeneración y el deterioro cognitivo, y los mecanismos de reparación pueden fallar.

 

«Queríamos comprender exactamente qué tan extendida y extensa está esta actividad natural en el cerebro después de la formación de la memoria porque eso puede darnos una idea de cómo la inestabilidad genómica podría socavar la salud del cerebro en el futuro», dice Tsai, quien también es profesora en el Departamento de Ciencias Cognitivas y Cerebrales y líder de la iniciativa Aging Brain Initiative del MIT. «Claramente, la formación de la memoria es una prioridad urgente para la función cerebral saludable, pero estos nuevos resultados que muestran que varios tipos de células cerebrales rompen su ADN en tantos lugares para expresar genes rápidamente son todavía sorprendentes».

Rastreo de pausas

 

En 2015, el laboratorio de Tsai proporcionó la primera demostración de que la actividad neuronal causaba DSB y que inducían una rápida expresión génica. Pero esos hallazgos, en su mayoría hechos en preparaciones de laboratorio de neuronas, no capturaron el alcance completo de la actividad en el contexto de la formación de la memoria en un animal que se comporta, y no investigaron lo que sucedió en células distintas de las neuronas.

 

En el nuevo estudio, publicado el 1 de julio en PLOS ONE, el autor principal y ex estudiante de posgrado Ryan Stott, y el coautor y ex técnico de investigación Oleg Kritsky, buscaron investigar el panorama completo de la actividad de DSB en el aprendizaje y la memoria. Para ello, le dieron a los ratones pequeños golpes eléctricos en sus patas cuando entraban en una caja, para condicionar un recuerdo de miedo de ese contexto. Luego utilizaron varios métodos para evaluar los DSB y la expresión génica en sus cerebros durante la siguiente media hora, particularmente entre una variedad de tipos de células en la corteza prefrontal y el hipocampo, dos regiones esenciales para la formación y almacenamiento de recuerdos de miedo condicionados. También realizaron mediciones en los cerebros de ratones que no experimentaron el choque en sus patras para establecer una línea de base de actividad de comparación.

 

La creación de una memoria de miedo duplicó el número de DSB entre las neuronas del hipocampo y la corteza prefrontal, afectando a más de 300 genes en cada región. Muchos se asociaron con la función de las conexiones que hacen las neuronas entre sí, llamada sinapsis. Esto tiene sentido porque el aprendizaje surge cuando las neuronas cambian sus conexiones (un fenómeno llamado “plasticidad sináptica”) y los recuerdos se forman cuando grupos de neuronas se conectan en conjuntos llamados engramas. «Muchos genes esenciales para la función neuronal y la formación de la memoria, y significativamente más de lo esperado en base a observaciones previas en neuronas cultivadas … son potencialmente puntos críticos de formación de DSB», escriben los autores en el estudio.

 

En otro análisis, los investigadores confirmaron a través de mediciones de ARN que el aumento de los DSB se correlacionó estrechamente con el aumento de la transcripción y expresión de los genes afectados, incluidos los que afectan la función de la sinapsis, tan rápido como 10-30 minutos después de la exposición al choque en la pata del roedor. “En general, encontramos que los cambios transcripcionales están más fuertemente asociados con [los DSB] en el cerebro de lo anticipado”, escribieron. «Anteriormente, observamos 20 loci asociados a genes [DSB] después de la estimulación de neuronas cultivadas, mientras que en el hipocampo y la corteza prefrontal vemos más de 100-150 loci asociados a genes [DSB] que son inducidos transcripcionalmente».

 

Rompiendo con estrés

 

En el análisis de la expresión génica, los neurocientíficos observaron no solo las neuronas sino también las células cerebrales no neuronales, o glía, y descubrieron que también mostraban cambios en la expresión de cientos de genes después del condicionamiento del miedo. Se sabe que los astrocitos llamados glía están involucrados en el aprendizaje del miedo, por ejemplo, y mostraron cambios significativos en la expresión genética y DSB después del condicionamiento del miedo.

 

Entre las funciones más importantes de los genes asociados con los DSB relacionados con el condicionamiento del miedo en la glía se encontraba la respuesta a las hormonas. Por lo tanto, los investigadores buscaron qué hormonas podrían estar particularmente involucradas y descubrieron que se trataba de glutocortocoides que se secretan en respuesta al estrés. Efectivamente, los datos del estudio mostraron que en la glía, muchos de los DSB que ocurrieron después del condicionamiento del miedo ocurrieron en sitios genómicos relacionados con los receptores glutocortocoides. Otras pruebas revelaron que la estimulación directa de esos receptores hormonales podría desencadenar los mismos DSB que hizo el condicionamiento del miedo y que el bloqueo de los receptores podría prevenir la transcripción de genes clave después del condicionamiento del miedo.

 

Tsai dice que el hallazgo de que las glías están tan profundamente involucradas en el establecimiento de recuerdos a partir del condicionamiento del miedo es una sorpresa importante del nuevo estudio. “La capacidad de la glía para montar una respuesta transcripcional robusta a los glutocorticoides sugiere que puede tener un papel más importante que desempeñar en la respuesta al estrés y su impacto en el cerebro durante el aprendizaje de lo que se pensaba anteriormente”, escribieron ella y sus coautores.

 

¿Daño y peligro?

 

Será necesario realizar más investigaciones para demostrar que los DSB necesarios para formar y almacenar recuerdos de miedo son una amenaza para la salud cerebral posterior, pero el nuevo estudio se suma a la evidencia de que puede ser el caso, dicen los autores. “En general, hemos identificado sitios de DSB en genes importantes para las funciones neuronales y gliales, lo que sugiere que la reparación deficiente del ADN de estas roturas recurrentes del ADN que se generan como parte de la actividad cerebral podría resultar en inestabilidad genómica que contribuye al envejecimiento y enfermedades en el cerebro», escribieron

 

Referencias:

https://news.mit.edu/2021/memory-making-involves-extensive-dna-breaking-0714

Crean copia virtual de corazón para tratar la taquicardia ventricular

Crean copia virtual de corazón para tratar la taquicardia ventricular

Las enfermedades cardiovasculares suponen la principal causa de muerte en todo el mundo. Entre ellas, las arritmias cardíacas se encuentran entre las patologías más difíciles de tratar. El corazón comienza a latir a un ritmo anómalo y como consecuencia el bombeo de sangre al sistema circulatorio comienza a ser deficiente. En función de la duración y la severidad de este ritmo descompasado, la persona que sufre una arritmia puede llegar a fallecer en cuestión de minutos. Del mismo modo, es posible convivir con arritmias recurrentes durante años, con la consecuente pérdida de calidad de vida.

En un latido normal, una onda eléctrica se propaga por el corazón en un determinado orden estimulando las células cardíacas para que se contraigan. La estimulación eléctrica produce la contracción mecánica del corazón, expulsando así la sangre al sistema circulatorio en cada latido. Un paciente diagnosticado de una arritmia recurrente se somete a una intervención quirúrgica de gran complejidad, denominada ablación. El cardiólogo/electrofisiólogo introduce un catéter por la arteria femoral hasta posicionarlo en las cavidades ventriculares o auriculares. Una vez allí, el procedimiento de ablación consiste en ‘quemar’ las partes del tejido cardíaco que, según la experiencia e intuición del profesional, son las causantes de la actividad eléctrica anómala, de manera que se restaure la secuencia de activación eléctrica normal.

Por tanto, es de vital importancia la planificación tanto de las zonas a intervenir, ya que el tejido funcional y contráctil ablacionado se convierte en inerte, como la profundidad de las quemaduras, para evitar provocar otras complicaciones. La tasa de fracaso de este tipo de intervenciones se sitúa alrededor del 40%, lo que se traduce en la reaparición de los periodos arrítmicos, y en que el paciente deberá someterse de nuevo al procedimiento.

Pero ¿qué ocurriría si dispusiéramos de una copia virtual del corazón del paciente previo a la intervención? En este corazón virtual se podrían ensayar y testear diferentes estrategias y procedimientos, reduciendo los tiempos en quirófano y los riesgos para el paciente, y mejorando la tasa de éxito y recurrencias.

Este tipo de tecnología ya está siendo utilizada en algunos centros hospitalarios. Las diferentes modalidades de imagen como la resonancia magnética o la tomografía computerizada permiten reconstruir la morfología y la funcionalidad del corazón del paciente. Modelos matemáticos cuyos parámetros se ajustan a las características específicas del paciente describen la actividad eléctrica, mecánica y metabólica a nivel celular, permitiendo realizar simulaciones computacionales que describen diferentes escenarios, proporcionado así información complementaria a los electrofisiólogos/cardiólogos

Referencias:

Prakosa, A., Arevalo, H.J., Deng, D. et al. Personalized virtual-heart technology for guiding the ablation of infarct-related ventricular tachycardia. Nat Biomed Eng 2, 732–740 (2018). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0282-2

Realidad aumentada aplicada a la medicina

Realidad aumentada aplicada a la medicina

Desde cascos de realidad mixta hasta imágenes 3D aumentadas, existe un sinnúmero de tecnologías que han ayudado a los médicos a realizar con éxito complejos procedimientos. En este caso, paneles virtuales con datos flotan frente a la mirada del especialista mientras interviene al paciente, así evita voltearse a chequear otras pantallas y reduce la posibilidad de errores fatales.

Una nueva colaboración de dispositivos médicos está brindando a los cirujanos “visión de rayos X” al fusionar imágenes mejoradas digitalmente directamente en el microscopio de un dispositivo quirúrgico.

La tecnología, llamada SyncAR, es una asociación entre los innovadores de tecnología de la salud con sede en Los Ángeles Surgical Theatre y la compañía irlandesa de dispositivos médicos Medtronic.

Si bien los cirujanos generalmente necesitan mirar las pantallas para acceder a los datos del paciente o imágenes mejoradas, lo que agrega tiempo y dificulta el flujo quirúrgico, este sistema permite el acceso a toda esa información en un solo lugar.

“Cuando tienes en tus manos algo delicado, como el cerebro, cada minuto y segundo importa. Cada pequeño movimiento importa”, dice Moty Avisar, director ejecutivo y cofundador de Surgical Theatre. “Si tiene que apartar la cabeza del microscopio para mirar una pantalla y luego retroceder, se perturba la continuidad de la cirugía”.

Fue diseñado específicamente para neurocirugías complejas e incluye imágenes 3D aumentadas o en capas digitales que se crean utilizando la tecnología SyncAR de Surgical Theater. Cada imagen muestra una imagen detallada de la parte específica del cuerpo que se está operando, construida utilizando las exploraciones anatómicas de un paciente, como una resonancia magnética o una tomografía computarizada.

Estas imágenes SyncAR se insertan directamente en un dispositivo quirúrgico StealthStation S8 de Medtronic, un sistema de navegación que está equipado con un microscopio y una pantalla. Las imágenes están completas con marcas de color y visuales precisas en 3D de arterias, vasos, nervios y más.

Luego, el cirujano usa esta tecnología para alternar entre el tejido biológico humano real y el escaneo aumentado, que sirve como un mapa: resaltando áreas cruciales de la anatomía de un paciente para que el cirujano pueda considerar el camino más eficiente para apuntar a un área problemática como un tumor cerebral, y visualice su entorno.

De la realidad aumentada a la visión por rayos X
Avisar dice que la tecnología ya está mostrando aplicaciones beneficiosas. En el caso de la extirpación de tumores, dice que la tecnología “permite al cirujano no solo dirigir la vía más eficiente, sino también ver más allá del tumor en sí”.

“Al permitirles ver el lado oscuro del tumor, pueden detectar nervios y vasos clave en el otro lado y evitarlos”, dice.

La tecnología ha sido aprobada por la FDA en los EE. UU. y actualmente está siendo probada por cirujanos, con planes de expandirse a hospitales en Europa.

El Dr. Thomas Steineke, neurocirujano y presidente del Instituto de Neurociencia del Centro Médico de la Universidad JFK en Nueva Jersey, es uno de esos médicos que prueban el dispositivo. Él dice que la tecnología puede ayudar a los cirujanos a reducir el riesgo de errores humanos y mejorar la eficiencia.

“Imagina que estás realizando una neurocirugía mínimamente invasiva y no tienes una gran línea de visión. Te estás quedando ciego y tienes que consultar tu pantalla con frecuencia”, dice Steineke. “Con esta combinación, puede aparecer y desaparecer de una imagen real y un mapa virtual, y usar eso para avanzar hacia la patología”.

Al tener toda la información necesaria dentro de la pantalla del microscopio, dice que la tecnología “mejora nuestra confianza”, en última instancia, mejor tanto para los cirujanos como para los pacientes.

Aumento de la atención médica
Si bien muchos de nosotros podemos estar familiarizados con la realidad aumentada en aplicaciones cotidianas, como videojuegos o filtros de redes sociales, esta tecnología se está volviendo cada vez más común en la práctica médica.

Un casco de realidad mixta fue utilizado activamente en una cirugía en tiempo real por primera vez por el Dr. Rafael Grossmann, quien usó Google Glass para transmitir en vivo un procedimiento en Londres en 2013.

Con “xvision” los cirujanos de Johns Hopkins Medicine pueden ver imágenes digitales en capas en tiempo real durante los procedimientos.

En 2016, empresas como Proximie, con sede en Londres, habían entrado en el mercado y habían desarrollado un software de realidad aumentada para su uso en computadoras portátiles y tabletas, que puede conectar a cirujanos de todo el mundo. En 2017, Microsoft demostró el potencial de su casco de realidad mixta, HoloLens, como asistente operativo en América Latina.

En junio pasado, el Dr. Timothy Witham de John Hopkins Medicine en Baltimore, Maryland, llevó a cabo el primer procedimiento de neuronavegación espinal guiado por realidad aumentada.

Armado con un auricular AR llamado “xvision” por la startup Augmedics, Witham pudo entrar y salir de las pantallas digitales aumentadas en tiempo real, usando solo sus auriculares, mientras insertaba seis tornillos en la médula espinal de un paciente.

Desde entonces, Witham ha realizado más de 50 cirugías utilizando el casco de realidad aumentada xvision. Él dice que el dispositivo ha mantenido una tasa de eficiencia del 98% hasta ahora, y el siguiente paso será aumentar la fluidez del cirujano con esta tecnología.

“Los sistemas tradicionales exigen que se desvíe la mirada del paciente hacia una pantalla remota, lo que no es una forma natural o intuitiva de hacer las cosas. Hay mucho en juego con un procedimiento alrededor del sistema nervioso central, y cualquier error puede ser catastrófico“, dice Witham.

“Lo que quieres es poder mirar y trabajar en el procedimiento del paciente, simultáneamente”, agrega.

El deseo de este flujo intuitivo ha inspirado toda una red de desarrollo de tecnología de la salud, a medida que los médicos e innovadores trabajan para eliminar pantallas y dispositivos antinaturales del quirófano, siendo SyncAR el último.

“Lo que estamos viendo aquí es una unión de estas dos tecnologías: equipo quirúrgico y realidades aumentadas”, dice Steineke. “Y su combinación es mayor que las partes separadas”.

Referencias:

– https://www.futuro360.com/futuro/esta-tecnologia-utiliza-la-realidad-aumentada-para-dar-superpoderes-a-los-cirujanos_20210617/

Crean un prototipo de mascarilla que puede detectar la infección por COVID-19

Crean un prototipo de mascarilla que puede detectar la infección por COVID-19

Los ingenieros del MIT y la Universidad de Harvard han diseñado una mascarilla facial novedosa que puede diagnosticar al usuario con Covid-19 en aproximadamente 90 minutos. Las máscaras están incrustadas con pequeños sensores desechables que se pueden colocar en otras máscaras faciales y también se pueden adaptar para detectar otros virus. Un nuevo estudio, los investigadores demostraron que los sensores podrían incorporarse no solo en máscaras faciales, sino también en ropa como batas de laboratorio, lo que podría ofrecer una nueva forma de monitorear la exposición de los trabajadores de la salud a una variedad de patógenos u otras amenazas. Los sensores de la máscara facial están diseñados para que el usuario los pueda activar cuando esté listo para realizar la prueba, y los resultados solo se muestran en el interior de la máscara, para privacidad del usuario.

Demostraron que una pequeña salpicadura de líquido que contiene partículas virales, imitando la exposición a un paciente infectado, puede hidratar los componentes del sensor y activarlo. Los sensores pueden diseñarse para producir diferentes tipos de señales, incluido un cambio de color que se puede ver a simple vista, o una señal fluorescente o luminiscente, que se puede leer con un espectrómetro de mano. Los investigadores también diseñaron un espectrómetro portátil que podría integrarse en la tela, donde puede leer los resultados y transmitirlos de forma inalámbrica a un dispositivo móvil.

La máscara también incluye un pequeño depósito de agua que se libera con solo presionar un botón cuando el usuario está listo para realizar la prueba. Esto hidrata los componentes liofilizados del sensor SARS-CoV-2, que analiza las gotas de aire acumuladas en el interior de la máscara y produce un resultado en 90 minutos. Los prototipos desarrollados en este estudio cuentan con sensores en el interior de la máscara para detectar el estado de un usuario, así como sensores colocados en el exterior de las prendas, para detectar la exposición del entorno. Los investigadores también pueden intercambiar sensores por otros patógenos, como la influenza, el Ébola y el Zika, o sensores que han desarrollado para detectar agentes nerviosos organofosforados.

Los investigadores han solicitado una patente sobre la tecnología y ahora esperan trabajar con una empresa para desarrollar aún más los sensores. La mascarilla es probablemente la primera aplicación que podría estar disponible.

Referencias:

  • MIT News | Massachusetts Institute of Technology. 2021. New face mask prototype can detect Covid-19 infection. [online] Available at: <https://news.mit.edu/2021/face-mask-covid-19-detection-0628>
Implante “inflable” de médula espinal podría reducir el dolor de espalda crónico

Implante “inflable” de médula espinal podría reducir el dolor de espalda crónico

El dolor de espalda afecta a una gran cantidad de la población, siendo el dolor crónico el que puede tener un impacto significativo en la calidad de vida de la persona que lo padece, perjudicando no solo su salud, sino también en su desempeño social. Debido a esta situación, la investigación médica se ha centrado en los tratamientos que “alivien” el dolor, pero debido a que las causas que lo producen son multifactoriales, es probable que los métodos pudieran llegar a fallar como tratamientos médicos que combaten el dolor.

Por ello, los avances científicos han cambiado notablemente en los últimos años. Por ejemplo, en la actualidad se cuenta con una tecnología conocida como “estimulador de médula espinal”, a través de la cual se emplean dispositivos implantados quirúrgicamente en una zona de esta parte importante del sistema nervioso. Al ser activados, estos emiten pulsaciones eléctricas que modifican y enmascaran las señales de dolor que son enviadas al cerebro a través de la médula espinal. Los resultados se traducen en un alivio para los pacientes.

Bajo este contexto, un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge en Reino Unido, han creado un novedoso dispositivo que podría ser la solución definitiva para combatir el dolor de espalda crónico. El dispositivo en cuestión es un tipo de “implante inflable” que, a diferencia de otros, no requiere de cirugías tan invasivas para su colocación en la médula espinal y promete resultados iguales o mejores que los obtenidos con otros métodos.

“Nuestro objetivo era hacer algo que cubriera una mayor zona de la médula espinal y que no fuera tan invasivo: un dispositivo que sea clínicamente efectivo pero que no requiera una cirugía compleja y arriesgada. Esto podría ser utilizado como tratamiento que pueda cambiar la vida a muchas personas», explicó en un comunicado el Dr. Christopher Proctor, del Departamento de Ingeniería de Cambridge y uno de los autores principales del estudio publicado en Science Advances.

Una vez ha sido implantado, el dispositivo se extiende como un colchón de tan solo 60 micrómetros de grosor, con solo un pequeño chorro de aire o líquido. Este logro ha sido posible de realizar gracias a la consideración de dos parámetros fundamentales en su diseño: electrónica flexible que permite que un dispositivo cambie su forma después de la implantación y la adición de canales de microfluidos para inflarlo.

“La electrónica de película delgada no es nueva, pero la incorporación de cámaras de fluido es lo que hace que nuestro dispositivo sea único, esto permite que se infle en forma de paleta una vez que está dentro del paciente”, explicó el Dr. Proctor.

Para la validación de su dispositivo, el equipo de científicos de Cambridge lo probó en dos fases. En una primera fase, la validación se realizó “in vitro” a través de modelos de la columna vertebral, con la finalidad de monitorear el funcionamiento de los electrodos del dispositivo. En una segunda fase, el equipo utilizó cadáveres humanos para evaluar las técnicas quirúrgicas requeridas para su implantación. “Este dispositivo puede enrollarse en la forma de una aguja percutánea estándar y luego implantarse en el sitio de interés antes de expandirse in situ, desplegándose en su conformación tipo paleta”, explican los autores en su artículo.

Con el novedoso dispositivo, los investigadores piensan que se podrían combatir los síntomas de dolor de espalda crónico que se presentan en muchas personas. Además, podría reducir la necesidad de cirugías tan invasivas que se requieren al emplear la tecnología de estimuladores de médula espinal.

Referencias:

–  https://ensedeciencia.com/2021/06/29/un-implante-inflable-de-medula-espinal-podria-reducir-el-dolor-de-espalda-cronico/

– https://advances.sciencemag.org/content/7/26/eabg7833