Objetivo específico 1: Estabeleça a sensibilidade psiquiátrica de explorar / explorar a tomada de decisão em pacientes com TCE. É hipotetizado que os pacientes com TCE com impulsividade demonstrarão respostas excessivamente exploratórias, e os pacientes com compulsividade demonstrarão respostas excessivamente exploratórias, em relação aos modelos do Processo de Decisão de Markov (MDP).
Objetivo específico 2: Elucidar neuropatologias subjacentes à tomada de decisão de explorar / explorar mal-adaptativa em TBI. É hipotetizado que se os dados de FMRI convergirão para sugerir que as neuropatologias AMY-VS-PFC fundamentam a tomada de decisão mal adaptativa associada aos sintomas neuropsiquiátricos em TCE
Objetivo específico 3: Gerar modelos para apoiar o projeto de protocolo de estimulação cerebral racional. Os dados do Aim 2 serão usados para restringir modelos computacionais para desenvolver protocolos de estimulação por corrente contínua transcraniana de alta definição (HD-tDCS) para maximizar o fluxo de corrente para alvos anatômicos. O protocolo otimizado será então avaliado como um método para modular a tomada de decisão explorar / explorar em controles saudáveis e pacientes com TCE no futuro projeto afiliado ao CBRR.
Objetivo específico 1: A ocorrência de despolarização disseminada cortical (DAG) ou tipos específicos de DAG está associada à piora dos resultados neurológicos ou radiográficos após lesão cerebral aguda?
Objetivo específico 2: O DSC pode ser detectado usando técnicas não invasivas ou minimamente invasivas?
Objetivo específico 3: Qual é o efeito de outras variáveis sistêmicas e locais na ocorrência e tipo de DSC?
Objetivo específico 4: Qual é o método mais preciso para definir e pontuar o CSD?
Hipótese: Sdespolarizações de pré-leitura (SD) s são um mecanismo fundamental subjacente do comportamento agudo e do período de vulnerabilidade que se segue a uma concussão.
Objetivo específico 1: Testar a hipótese de que a despolarização disseminada (SD) contribui para o comportamento pós-golpe agudo. As concussões em adolescentes são uma preocupação séria e são confundidas pelo cérebro em desenvolvimento. As concussões (ou lesões cerebrais traumáticas leves) são frequentemente descritas pelos sintomas agudos de disfunção neurológica que incluem dores de cabeça, vertigem, náuseas, desorientação e / ou déficits cognitivos, mas não requerem perda de consciência. As diretrizes atuais para o diagnóstico e recuperação de uma concussão baseiam-se nesses sintomas transitórios. Normalmente, os sintomas desaparecem em algumas horas ou dias, mas ~ 20-30% dos indivíduos apresentam sintomas que podem persistir por semanas ou meses. Os adolescentes geralmente demoram mais para se recuperar. No entanto, os mecanismos subjacentes dos sintomas agudos e da vulnerabilidade de uma segunda ocorrência são mal compreendidos. Esta é uma lacuna crítica a ser preenchida porque há uma clara falta de tratamentos eficazes para concussões durante a fase aguda para promover a recuperação e o reparo do cérebro.
Objetivo específico 2: Testar a hipótese de que a fase aguda da lesão está associada a um período de vulnerabilidade a um segundo golpe. As concussões repetidas foram associadas a alterações comportamentais persistentes, déficits cognitivos graves e foram associadas à patologia cerebral associada à encefalopatia traumática crônica (CTE). Os sintomas pós-lesão costumam ser piores e persistem por mais tempo em indivíduos com história de concussão anterior. Alterações no fluxo sanguíneo cerebral (FSC) e disfunção metabólica há muito tempo são associadas a concussões. É clinicamente assumido que este período de FSC interrompido e disfunção metabólica está associado a uma vulnerabilidade elevada a um segundo golpe.
Objetivo de longo prazo: Ajudar a desenvolver estratégias e tratamentos para melhorar a recuperação do cérebro após lesões cerebrais leves. O objetivo é identificar o (s) mecanismo (s) subjacente (s) da disfunção neurológica e o período de vulnerabilidade que se segue a uma lesão em ratos adolescentes. Nós e outros fornecemos recentemente evidências iniciais empolgantes de que grandes ondas de propagação lenta de despolarizações corticais são iniciadas por uma lesão craniana fechada e são responsáveis por uma redução prolongada no FSC (~ 90 min). O papel dos SDs nos sintomas semelhantes aos de concussão e na vulnerabilidade a um segundo golpe são atualmente desconhecidos. A justificativa para os estudos propostos é que o conhecimento adquirido aqui fornecerá uma base para novas abordagens para direcionar as consequências conhecidas dos MSs para promover a recuperação do cérebro e limitar as sequelas de longo prazo de concussões que são muito comuns e muitas vezes um tipo gravemente debilitante de lesão cerebral .
Um modelo de estimulação neural responsiva para epilepsia em ratos
Objetivo específico 1: Vou determinar se a estimulação de regiões cerebrais promotoras de REM é eficaz na redução da gravidade das crises em um modelo evocado de epilepsia. Estudos recentes identificaram uma rede de regiões cerebrais em que a estimulação experimental causa rápida transição para o sono REM, se o sujeito estiver em sono de ondas lentas16,17. Vou ter como alvo uma dessas regiões do cérebro, os neurônios colinérgicos do núcleo pedunculopontino (PPT) no modelo de kindling de ratos, para testar minha hipótese de trabalho de que os limiares de convulsão são mais elevados quando a sinalização colinérgica do PPT para o tálamo induz assincronia cortical.
Objetivo específico 2: Vou determinar se a estimulação pré-convulsiva do PPT pode reduzir a gravidade da convulsão em uma epilepsia
modelo associado a crises espontâneas. As convulsões do mundo real costumam ser difíceis de prever e, portanto, um modelo crônico é necessário para motivar a traduzibilidade desse alvo de convulsão. A comunidade de previsão de convulsões fez grandes avanços nos últimos cinco anos na previsão de convulsões e estados propensos a convulsões18,19. Aplicarei o que há de mais moderno em previsão de convulsões ao modelo cainico de epilepsia focal crônica para testar minha hipótese de que a estimulação PPT pode prevenir convulsões previstas.
Objetivo de longo prazo- é melhorar o resultado clínico para pacientes com epilepsia que recebem estimulação neural, elucidando uma compreensão mecanicista de por que esses tratamentos funcionam. Inspirado pela observação de que as crises generalizadas estão quase ausentes durante o sono de movimento rápido dos olhos (REM) 13,14, meu objetivo aqui é aprofundar nossa compreensão de como as regiões cerebrais que promovem o REM afetam a propagação das crises. Em meu trabalho anterior, descobri que os neurônios corticais respondem menos à produção do hipocampo quando as entradas chegam a um fundo de assincronia cortical15. Durante o REM, grande parte do cérebro opera neste regime assíncrono, que potencialmente promove o estado anticonvulsivo. Minha hipótese central é que as convulsões podem ser evitadas modulando experimentalmente as regiões cerebrais promotoras de REM. Ao desenvolver uma compreensão em nível de circuito de por que a estimulação neural evita a disseminação de convulsões, este trabalho abrirá o caminho para o desenvolvimento de
novos tratamentos para epilepsia refratária em que a geração de assincronia cortical pode ser testada como um biomarcador para protocolos de estimulação anticonvulsivante.
Objetivos específicos: objetivo 1: Caracterizar a morfologia dendrítica neuronal e densidade da coluna em ratos naïve dentro do córtex pré-frontal. O objetivo geral é avaliar as mudanças que ocorrem dentro do córtex pré-frontal após PAE + PI. Portanto, a caracterização do desenvolvimento normal deve ocorrer. No dia pós-natal 28 (P28) e P100, o córtex pré-frontal naïve será dissecado, corado com FD Rapid Golgi Stain Kit, e utilizando um microscópio Leica, imagens de alta ampliação e z-stack serão obtidas, seguido de análise com o software IMARIS. As reconstruções tridimensionais serão realizadas com IMARIS Filament Tracer, e o comprimento total do processo, número de pontos terminais e número de pontos de ramificação serão calculados. Além disso, uma análise de Sholl automatizada será realizada em cada célula digitalizada com o software IMARIS. Nossa hipótese é que o desenvolvimento do córtex pré-frontal em P28 terá uma estrutura densa e complexa, devido ao período de arborização dendrítica, proliferação glial e formação de sinapses que ocorre durante a maturação. Em P100, hipotetizamos que os ratos naïve terão densidade da coluna diminuída após a poda e maturação.
Objetivo 2: Teste se a morfologia dendrítica neuronal e a densidade da coluna serão alteradas no córtex pré-frontal após PAE + PI em comparação com PAE ou PI sozinho. O córtex pré-frontal é extremamente plástico e a exposição a vários medicamentos pode resultar em alterações sinápticas. O impacto no comprimento dendrítico e na complexidade, bem como na densidade da coluna após PAE + PI, não é conhecido. Embora estudos anteriores tenham mostrado tecido cortical menos maduro em bebês prematuros em comparação com bebês a termo, hipotetizamos que em P100, PAE e PI resultarão individualmente em diminuição do comprimento dendrítico e complexidade, bem como diminuição da densidade da coluna vertebral. Quando PAE + PI são combinados, esperamos que surja uma assinatura única em que o córtex pré-frontal tenha maturação significativamente atrasada. Os parâmetros que serão coletados incluem comprimento total do processo, número de pontos terminais e número de pontos de ramificação. Uma análise de Sholl automatizada será realizada com a utilização do software IMARIS.
Juntos, esses estudos examinarão as anormalidades cerebrais estruturais, de difusão e funcionais durante um período crítico de neurodesenvolvimento e fornecerão pistas translacionais vitais para a lesão específica de PAE + PI e facilitarão biomarcadores clínicos diagnósticos para auxiliar no desenvolvimento de terapias e tratamentos dentro esta população de pacientes vulneráveis.
Objetivo específico 1: Medir as melhorias induzidas pelo tratamento nas habilidades de linguagem.
Postulamos que os participantes demonstrarão uma melhor nomenclatura e uso da linguagem (ou seja, habilidades narrativas, confiança), com ganhos maiores e mais duradouros após a estimulação cerebral adjuvante.
Objetivo específico 2: Medir a conectividade e equilibrar o tratamento pré e pós-afasia.
Nossa hipótese de trabalho é que o aumento da conectividade intra e inter-hemisférica (medido com fMRI em estado de repouso) e equilíbrio inter-hemisférico mais normalizado (medido com EEG quantitativo) serão observados após o tratamento da afasia, com mudanças maiores e mais duradouras após a estimulação cerebral adjuvante .
Objetivo específico 3: examinar a relação entre os resultados da linguagem e as mudanças na dinâmica do cérebro (por exemplo, conectividade e equilíbrio).
Nossa hipótese é que maiores ganhos nas habilidades de linguagem estarão relacionados a maiores mudanças adaptativas na dinâmica cerebral.
Objetivo específico 1: Qual é o curso de tempo e a magnitude da recuperação funcional após o transplante intracortical de hPSNs em um modelo de rato de isquemia cerebral focal? Vamos estabelecer a taxa e o curso do tempo de recuperação comportamental após transplantes de hPSNS em um modelo fototrombótico focal de lesão isquêmica. Os hPSNs serão transplantados uma semana após a lesão isquêmica e a recuperação comportamental e anatômica será avaliada por meio de testes motores múltiplos, sensoriais e imunoquímicos.
Objetivo específico 2: A recuperação comportamental é melhorada pelo aumento da ativação de hPSNs transplantados? A estimulação ontogenética de hPSNs via hannelrodopsina-2 será usada para testar se a taxa ou magnitu nalidade. Os hPSNs serão transplantados uma semana após a lesão isquêmica e a recuperação comportamental e anatômica será avaliada por meio de testes motores múltiplos, sensoriais e imunoquímicos.
Objetivo específico 2: A recuperação comportamental é melhorada pelo aumento da ativação de hPSNs transplantados? A estimulação ontogenética de hPSNs via hannelrodopsina-2 será usada para testar se a taxa ou magnitude da recuperação comportamental é aumentada pela despolarização intermitente crônica de células transplantadas.
Objetivo específico 3: Os hPSNs transplantados recebem inervação aferente fisiologicamente relevante do hospedeiro? Usando a gravação de múltiplos eletrodos in vivo de neurônios transplantados durante a estimulação sensorial periférica, determinaremos se hPSNs exibem comportamento de pico alterado durante a simulação que normalmente ativaria os circuitos corticais endógenos.
Objetivo específico 1: Avaliar o tempo e a eficácia dependente da polaridade da ETCC na melhora da recuperação neurológica após lesão cerebral traumática. Esses experimentos irão testar a hipótese de que a estimulação iniciada em uma e três semanas após o TCE melhora a função motora e cognitiva. Usando um modelo de TCE de camundongo estabelecido (impacto cortical controlado), avaliaremos os efeitos da estimulação tDCS repetitiva de polaridade diferente, aplicada a partir de uma semana ou três semanas após TBI em resultados comportamentais dois e três meses após a lesão.
Objetivo específico 2: Para determinar se tDCS aumenta a migração e diferenciação de células-tronco neurais endógenas após lesão cerebral traumática. Esses experimentos irão testar a hipótese de que tDCS repetitivo modula o recrutamento de NSC endógeno para áreas de lesão focal. Os camundongos serão sacrificados em vários pontos de tempo após a estimulação, e os números e fenótipos de células-tronco neurais serão identificados por análise estereológica em seções do cérebro.
Objetivo específico 3: Para determinar se tDCS induz modulação de longa duração do fluxo regional e microvascular durante a recuperação de lesão cerebral traumática. Esses experimentos irão testar a hipótese de que a ETCC repetitiva pode modular o acoplamento neurovascular na área peri-infarto. A imagem de contraste do laser speckle e a imagem de dois fótons serão usadas para identificar alterações regionais e microvasculares do fluxo, respectivamente, para avaliar o efeito da estimulação durante o período de recuperação.
Objetivo específico 1: Para investigar se as anormalidades funcionais do EEG (sincronia da fase da banda teta) estão subjacentes a distúrbios comuns do controle cognitivo durante o estágio de lesão semiaguda.
Hipótese 1: A sincronia da fase da banda Theta durante o controle cognitivo será diminuída durante o estágio semi-agudo de mmTBI, e será correlacionada com o desempenho disfuncional em várias medidas de controle cognitivo (por exemplo, precisão e tempos de resposta)
Hipótese 2: As anormalidades funcionais do EEG serão relacionadas ao grau de lesões da substância branca conforme avaliado pelo DTI, ligando as anormalidades da substância branca às consequências funcionais.
Objetivo específico 2: Investigar se as atividades funcionais do EEG predizem a recuperação pós-lesão.
Hipótese 1: Uma restauração na sincronia da fase da banda teta durante o controle cognitivo será preditiva de uma melhor recuperação do controle cognitivo 4 meses após a lesão, fornecendo um biomarcador de recuperação.
Hipótese 2: A medida funcional da sincronia da fase da banda teta irá predizer a extensão da recuperação no controle cognitivo além do poder preditivo de medidas mais tradicionais de patologia estrutural.
Hipótese 3: Novas técnicas de classificação de padrões com base nessas medidas preditivas exibirão alta sensibilidade para classificar pacientes em relação aos controles e para definir a contribuição independente de medidas prognósticas separadas (estruturais, funcionais, comportamentais) para prever a recuperação.
Objetivo específico 1: tDCS para disfunção executiva em mmTBI. Experimentos neste objetivo irão testar a hipótese de que em pacientes com mmTBI, ETCC anódica pré-frontal esquerda concomitante com treinamento cognitivo por dez dias da semana consecutivos resultará em melhora significativamente maior na função executiva em comparação com estimulação simulada. Pacientes com queixas cognitivas de 3 meses a 2 anos após mmTBI serão recrutados nos departamentos de emergência locais e clínicas de lesão cerebral.
Objetivo 1.1: tDCS será emparelhado com tarefas de treinamento cognitivo baseadas em computador de inibição de resposta, deslocamento de conjunto e memória de trabalho. A função executiva será medida com o batedor NIH Examiner antes, imediatamente após e um mês após os estímulos.
Objetivo 1.2: A persistência da redução dos sintomas pós-traumáticos e a melhoria da qualidade de vida serão avaliadas com instrumentos Common Data Elements por meio de entrevista por telefone em seis meses e um ano.
Objetivo 1.3: O preditor clínico da resposta tDCS, incluindo a gravidade da lesão, inteligência pré-mórbida e carga de sintomas pós-traumáticos, será determinado com a análise de modelos mistos lineares.
Objetivo específico 2: tDCS para sintomas depressivos em mmTBI. Os experimentos com este objetivo testarão a hipótese de que a ETCC anódica pré-frontal esquerda em pacientes com TCMM reduzirá significativamente os sintomas depressivos em comparação com a estimulação simulada.
Objetivo 2.1: Os pacientes serão avaliados quanto aos sintomas de depressão por meio de instrumentos de autorrelato e escalas administradas pelo médico dos Elementos de Dados comuns do NIH antes, imediatamente após e um mês após o protocolo de estimulação.
Objetivo 2.2: A persistência do benefício do antidepressivo será avaliada por meio de entrevista por telefone em 6 meses e um ano.
Objetivo 2.3: O preditor clínico da resposta tDCS, como gravidade da lesão, inteligência pré-mórbida e carga de sintomas, será determinado. A realização desses objetivos terá um tremendo impacto clínico no tratamento de sintomas crônicos e debilitantes relacionados ao TCE e estabelecerá a ETCC como uma ferramenta eficaz e segura a ser usada para o problema clínico importante. Estudos futuros seriam capazes de refinar e expandir essa técnica para diferentes populações de TCE, bem como outros transtornos neuropsiquiátricos semelhantes.
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