Talento

Desvendando os segredos da esquizofrenia
O estudante de doutorado em engenharia Sayan Ghosal combina dados genéticos e de imagem para desenvolver um modelo melhor da doença mental
Por DeWick Eisenberg - 17/03/2021


Getty Images

Muito se sabe sobre a esquizofrenia, desde seu componente hereditário até o fato de que suas alucinações e delírios característicos estão ligados a alterações na atividade cerebral.

No entanto, menos se sabe sobre as causas desta doença que afeta 3 milhões de americanos. Os pesquisadores postulam que mudanças na estrutura e química do cérebro estão envolvidas, e os dados fornecidos por análises de mutações genéticas e por meio de imagens cerebrais estão produzindo pistas importantes, mas um quadro completo se mostrou ilusório.

Sayan Ghosal, doutorando em Engenharia Elétrica e de Computação na Whiting School of Engineering , está trabalhando para mudar isso. Sua abordagem, um modelo denominado Genetic and Multimodal Imaging data using Neural-network Designs , "G-MIND", combina dados de imagem e genética para fornecer uma melhor compreensão dos biomarcadores associados à esquizofrenia - pesquisa que não pode apenas ajudar a prever quem é em risco de desenvolver a doença, mas também levar a tratamentos mais eficazes.

"Esperamos que este modelo possa ser usado para capturar as interações entre a atividade cerebral e as mutações genéticas associadas à esquizofrenia", diz Ghosal. "Nosso modelo tem a capacidade de fundir todas essas diferentes visões em uma única estrutura e, em conjunto, aprender diferentes padrões representativos que são preditivos de esquizofrenia. No entanto, fundir diferentes métodos de dados é difícil, então também tivemos que desenvolver nossos próprios algoritmos que exploram a estrutura compartilhado entre as modalidades de dados para encontrar uma solução. "

O modelo de Ghosal começa analisando mutações genéticas na forma de dados de polimorfismo de nucleotídeo único, ou SNP, que contém informações sobre alterações na estrutura do DNA. Ele ajuda a identificar locais no DNA que contêm informações preditivas sobre a esquizofrenia, essencialmente fornecendo um "mapa de importância" que informa aos pesquisadores quais regiões do DNA contêm potenciais "marcos" de esquizofrenia. Essas informações podem ajudar os pesquisadores a se concentrarem em regiões específicas do DNA, evitando que percorram todo o genoma.

O professor assistente Archana Venkataraman diz que essa abordagem se destaca das outras porque combina os dois pontos de vista principais dos transtornos neuropsiquiátricos: a disfunção cognitiva e comportamental é causada pela atividade cerebral alterada e é altamente hereditária.

"EM ÚLTIMA ANÁLISE, SEU TRABALHO DÁ UM PASSO CRUCIAL EM DIREÇÃO A UMA CARACTERIZAÇÃO MAIS COMPLETA E PERSONALIZADA DOS DISTÚRBIOS NEUROPSIQUIÁTRICOS, QUE PODEM SER USADOS ​​PARA DESENVOLVER TERAPIAS DIRECIONADAS."

Archana Venkataraman

"A maioria dos estudos se concentra em um ponto de vista ou outro, o que fornece uma imagem incompleta das causas e mecanismos subjacentes", diz Venkataraman, o principal investigador do Laboratório de Análise de Sistemas Neurais do qual Ghosal é membro. "O trabalho de Sayan tenta unir esses dois domínios. Ele desenvolveu uma rede neural profunda que pode extrair biomarcadores preditivos da função cerebral e variação genética, ao mesmo tempo que fornece informações de diagnóstico. Em última análise, seu trabalho dá um passo crucial em direção a uma caracterização mais completa e personalizada de distúrbios neuropsiquiátricos, que podem ser usados ​​para projetar terapias direcionadas. "

O artigo de Ghosal sobre a pesquisa, "G-MIND: Um End-to-End Multimodal Imaging-Genetics Framework para Biomarcador de Identificação e Classificação de Doenças" ganhou o prêmio de Melhor Trabalho de Aluno na Conferência de Processamento de Imagem virtual da SPIE Medical Imaging em fevereiro.

“Receber o prêmio foi definitivamente empolgante, e também é bom ver que nossa estratégia de modelagem e nossa abordagem entusiasmam outros pesquisadores proeminentes”, disse ele.

Olhando para o futuro, Ghosal deseja expandir essa pesquisa preditiva para melhorar a compreensão de como as mutações genéticas associadas à esquizofrenia alteram as vias biológicas que levam à doença frequentemente devastadora.

“É extremamente difícil localizar as razões por trás de distúrbios como a esquizofrenia”, diz ele. "Executar técnicas farmacológicas e bioquímicas em seres humanos, que é a norma atual para tratar aqueles que sofrem de esquizofrenia, é muito complicado. Construir técnicas não invasivas baseadas em dados para descobrir as causas subjacentes da doença é necessário agora mais do que nunca."

 

.
.

Leia mais a seguir