In un futuro non troppo lontano, una valutazione di screening per la depressione potrebbe includere una rapida scansione del cervello per identificare il trattamento migliore.
L’imaging cerebrale combinato con l’apprendimento automatico può rivelare sottotipi di depressione e ansia, secondo un nuovo studio condotto da ricercatori della Stanford Medicine. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Medicine, classifica la depressione in sei sottotipi biologici, o “biotipi”, e identifica i trattamenti che hanno più o meno probabilità di funzionare per tre di questi sottotipi.
Le diverse sfaccettature della depressione
Sono disperatamente necessari metodi migliori per abbinare i pazienti ai trattamenti, hanno affermato l’autrice senior dello studio, Leanne Williams, Ph.D., il professore Vincent VC Woo, professore di psichiatria e scienze comportamentali e direttore del Center for Precision Mental Health di Stanford Medicine. e Benessere. Williams, che ha perso il suo partner a causa della depressione nel 2015, ha concentrato il suo lavoro sull’innovazione nel campo della psichiatria di precisione.
Circa il 30% delle persone affette da depressione soffre della cosiddetta depressione resistente al trattamento , il che significa che diversi tipi di farmaci o terapie non sono riusciti a migliorare i loro sintomi. E per circa due terzi delle persone affette da depressione, il trattamento non riesce a invertire completamente i sintomi riportandoli a livelli sani.
Ciò è in parte dovuto al fatto che non esiste un buon modo per sapere quale antidepressivo o tipo di terapia potrebbe aiutare un determinato paziente. I farmaci vengono prescritti attraverso un metodo di tentativi ed errori, quindi possono essere necessari mesi o anni per arrivare a un farmaco che funzioni, sempre che ciò accada. E passare così tanto tempo a provare un trattamento dopo l’altro, solo per non provare alcun sollievo, può peggiorare i sintomi della depressione.
“L’obiettivo del nostro lavoro è capire come possiamo farlo bene la prima volta”, ha detto Williams. “È molto frustrante lavorare nel campo della depressione e non avere un’alternativa migliore a questo approccio unico e valido per tutti”.
Per comprendere meglio la biologia alla base della depressione e dell’ansia, Williams e i suoi colleghi hanno valutato 801 partecipanti allo studio a cui era stata precedentemente diagnosticata depressione o ansia utilizzando la tecnologia di imaging nota come MRI funzionale, o fMRI, per misurare l’attività cerebrale .
Hanno scansionato il cervello dei volontari a riposo e quando erano impegnati in diversi compiti progettati per testare il loro funzionamento cognitivo ed emotivo. Gli scienziati si sono concentrati sulle regioni del cervello e sulle connessioni tra di loro, che erano già note per svolgere un ruolo nella depressione.
Utilizzando un approccio di apprendimento automatico noto come analisi cluster per raggruppare le immagini cerebrali dei pazienti, hanno identificato sei modelli distinti di attività nelle regioni cerebrali studiate.
Gli scienziati hanno anche assegnato in modo casuale 250 partecipanti allo studio a ricevere uno dei tre antidepressivi comunemente usati o una terapia comportamentale della parola. I pazienti con un sottotipo, caratterizzato da iperattività nelle regioni cognitive del cervello, hanno sperimentato la migliore risposta all’antidepressivo venlafaxina (comunemente noto come Effexor) rispetto a quelli con altri biotipi.
Quelli con un altro sottotipo, il cui cervello a riposo aveva livelli più elevati di attività tra le tre regioni associate alla depressione e alla risoluzione dei problemi, hanno avuto una migliore attenuazione dei sintomi con la terapia comportamentale della parola. E quelli con un terzo sottotipo, che avevano livelli più bassi di attività a riposo nel circuito cerebrale che controlla l’attenzione, avevano meno probabilità di vedere un miglioramento dei loro sintomi con la terapia della parola rispetto a quelli con altri biotipi.
I biotipi e la loro risposta alla terapia comportamentale hanno senso in base a ciò che sanno di queste regioni del cervello, ha affermato Jun Ma, MD, Ph.D., professore di medicina Beth e George Vitoux presso l’Università dell’Illinois a Chicago e uno dei gli autori dello studio.
Il tipo di terapia utilizzata nel loro studio insegna ai pazienti le abilità per affrontare meglio i problemi quotidiani, quindi gli alti livelli di attività in queste regioni del cervello possono consentire ai pazienti con quel biotipo di adottare più facilmente nuove abilità.
Per quanto riguarda quelli con una minore attività nella regione associata all’attenzione e al coinvolgimento, Ma ha affermato che è possibile che il trattamento farmaceutico volto ad affrontare innanzitutto tale minore attività possa aiutare questi pazienti a ottenere di più dalla terapia della parola.
“Per quanto ne sappiamo, questa è la prima volta che siamo riusciti a dimostrare che la depressione può essere spiegata da diverse interruzioni del funzionamento del cervello”, ha detto Williams. “In sostanza, è una dimostrazione di un approccio di medicina personalizzata per la salute mentale basato su misure oggettive della funzione cerebrale.”
In un altro studio , Williams e il suo team hanno dimostrato che l’uso dell’imaging cerebrale fMRI migliora la loro capacità di identificare gli individui che potrebbero rispondere al trattamento antidepressivo. In quello studio, gli scienziati si sono concentrati su un sottotipo che chiamano biotipo cognitivo della depressione, che colpisce più di un quarto delle persone depresse ed è meno probabile che risponda agli antidepressivi standard.
Identificando quelli con il biotipo cognitivo utilizzando la fMRI, i ricercatori hanno previsto con precisione la probabilità di remissione nel 63% dei pazienti, rispetto alla precisione del 36% senza utilizzare l’imaging cerebrale. Questa maggiore precisione significa che i fornitori potrebbero avere maggiori probabilità di ottenere il trattamento giusto la prima volta. Gli scienziati stanno ora studiando nuovi trattamenti per questo biotipo con la speranza di trovare più opzioni per coloro che non rispondono agli antidepressivi standard.
I diversi biotipi sono correlati anche alle differenze nei sintomi e nella prestazione lavorativa tra i partecipanti allo studio. Quelli con regioni cognitive iperattive del cervello, ad esempio, avevano livelli più elevati di anedonia (incapacità di provare piacere) rispetto a quelli con altri biotipi; hanno anche ottenuto risultati peggiori nei compiti delle funzioni esecutive. Quelli con il sottotipo che rispondeva meglio alla terapia della parola commettevano errori anche nei compiti delle funzioni esecutive, ma ottenevano buoni risultati nei compiti cognitivi.
Uno dei sei biotipi scoperti nello studio non ha mostrato differenze evidenti nell’attività cerebrale nelle regioni fotografate rispetto all’attività delle persone senza depressione. Williams ritiene che probabilmente non abbiano esplorato l’intera gamma della biologia cerebrale alla base di questo disturbo: il loro studio si è concentrato su regioni note per essere coinvolte nella depressione e nell’ansia, ma potrebbero esserci altri tipi di disfunzione in questo biotipo che le loro immagini non hanno catturato.
Williams e il suo team stanno espandendo lo studio di imaging per includere più partecipanti. Vuole anche testare più tipi di trattamenti in tutti e sei i biotipi, compresi i farmaci che tradizionalmente non sono stati usati per la depressione.
La sua collega Laura Hack, MD, Ph.D., assistente professore di psichiatria e scienze comportamentali , ha iniziato a utilizzare la tecnica di imaging nella sua pratica clinica presso la Stanford Medicine attraverso un protocollo sperimentale . Il team vuole anche stabilire standard facili da seguire per il metodo in modo che altri psichiatri praticanti possano iniziare ad implementarlo.
“Per spostare davvero il campo verso la psichiatria di precisione, dobbiamo identificare i trattamenti che hanno maggiori probabilità di essere efficaci per i pazienti e sottoporli a quel trattamento il prima possibile”, ha detto Ma. “Avere informazioni sulla loro funzione cerebrale, in particolare le firme convalidate che abbiamo valutato in questo studio, aiuterebbe a fornire trattamenti e prescrizioni più precise per gli individui.”
L’apprendimento automatico identifica una nuova firma della rete cerebrale della depressione maggiore
Utilizzando l’apprendimento automatico, i ricercatori hanno identificato modelli nuovi e distinti di attività coordinata tra diverse parti del cervello in persone con disturbo depressivo maggiore, anche quando vengono utilizzati protocolli diversi per rilevare queste reti cerebrali. Ayumu Yamashita dell’Advanced Telecommunications Research Institutes International di Kyoto, in Giappone, e colleghi presentano questi risultati nella rivista ad accesso libero PLOS Biology .
Sebbene la depressione maggiore sia solitamente semplice da diagnosticare, una migliore comprensione delle reti cerebrali associate alla depressione potrebbe migliorare le strategie di trattamento. Gli algoritmi di apprendimento automatico possono essere applicati ai dati sull’attività cerebrale nelle persone affette da depressione per trovare tali associazioni. Tuttavia, la maggior parte degli studi si è concentrata solo su specifici sottotipi di depressione, oppure non ha tenuto conto delle differenze nei protocolli di imaging cerebrale tra le istituzioni sanitarie.
Per affrontare queste sfide, Yamashita e colleghi hanno utilizzato l’apprendimento automatico per analizzare i dati della rete cerebrale di 713 persone, 149 delle quali soffrivano di depressione grave. Questi dati sono stati raccolti utilizzando una tecnica chiamata MRI funzionale in stato di riposo (rs-fMRI), che rileva l’attività cerebrale e produce immagini che rivelano attività coordinata, o “connessioni funzionali”, tra le diverse parti del cervello. L’imaging è stato eseguito presso diverse istituzioni utilizzando protocolli diversi.
Il metodo di apprendimento automatico ha identificato connessioni funzionali chiave nei dati di imaging che potrebbero fungere da firma della rete cerebrale per la depressione maggiore. Infatti, quando i ricercatori hanno applicato quella nuova firma ai dati rs-fMRI raccolti in diverse istituzioni da altre 521 persone, hanno raggiunto una precisione del 70% nell’identificare quale di quelle nuove persone aveva un disturbo depressivo maggiore .
I ricercatori sperano che la loro nuova firma della rete cerebrale, che può essere applicata a diversi protocolli di imaging, possa servire come base per scoprire modelli di rete cerebrale associati ai sottotipi di depressione e per rivelare le relazioni tra depressione e altri disturbi. Una migliore comprensione delle connessioni della rete cerebrale nella depressione maggiore potrebbe aiutare ad abbinare i pazienti a trattamenti efficaci e orientare lo sviluppo di nuovi trattamenti.
