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Psiquiatria Computacional do Laboratório `a Prática Clínica e Transtorno Afetivo Bipolar Rodrigo da Silva Dias Programa de Pesquisa em T. Afetivo Bipolar Núcleo de Estudos em Telemedicina e Telessaúde IPQ-HCFMUSP LNCC-2012 Transtorno Afetivo Bipolar Prevalência •Durante a vida para qualquer forma de TB: 4,4% •TB I: 1,0% •TB II: 1,1% •TB SOE (Subsindrômico): 2,4% •Durante os últimos 12 meses para qualquer forma de TB: 2,8% •TB I: 0,6%% •TB II: 0,8% •TB SOE (Subsindrômico): 1,4% •Idade de Início •Média para qualquer forma de TB: 20,8 •TB i: 18,2 •TB II: 20,3 •TB SOE (Subsindrômico): 22,2 Merikangas et al. 2007 Impacto do TAB The Global Burden of Disease, da OMS (2004) • 29,5 milhões de pessoas no mundo • Alto grau de incapacitação. • 12a posição entre as maiores causas de incapacidade moderada a grave – 22,2 milhões de portadores de TAB nesta condição (75,3% do total) • 2,5% do total de anos vividos com incapacitação (7ª posição) Domínios de Sintomas Maníacos Euforia Grandiosidade Pressão de discurso Impulsividade Aumento libido Inquietação Desinibição Social Diminuição da necessidade de sono Domínios de Sintomas Maníacos Depressivos / Disfóricos Euforia Grandiosidade Pressão de discurso Impulsividade Aumento libido Inquietação Desinibição Social Diminuição da necessidade de sono Depressão Ansiedade Irritabilidade Hostilidade Violência Suicídio Domínios de Sintomas Maníacos Depressivos / Disfóricos Euforia Grandiosidade Pressão de discurso Impulsividade Aumento libido Inquietação Desinibição Social Diminuição da necessidade de sono Depressão Ansiedade Irritabilidade Hostilidade Violência Suicídio Psicóticos Delírios Alucinações Domínios de Sintomas Maníacos Depressivos / Disfóricos Euforia Grandiosidade Pressão de discurso Impulsividade Aumento libido Inquietação Desinibição Social Diminuição da necessidade de sono Depressão Ansiedade Irritabilidade Hostilidade Violência Suicídio Cognitivos Psicóticos Delírios Alucinações Aceleração do Pensamento Distraibilidade Desorganização Diminuição da Atenção Mania • Humor – elevação persitente, expansividade ou irritação – pode haver sintomas psicóticos • Duração – 1 semana – qualquer se for necessária internação • Sintomas: pelo menos 3 ( 4 quando apresenta irritação do humor) – grandiosidade e aumento da auto-estima – diminuição da necessidade de sono – pressão de discurso (tagalerice) – distraibilidade – aumento da atividade motora e psiquica – muitas atividades – envolvimento exagerado em atividade de risco e prazer DSM-IV-TR, APA, 1995 Hipomania • Humor – persistente elevação , expansividade ou irritação – notado pelos outros com alteração do comportamento habitual – sem sintomas psicóticos • Duração – pelo menos 2 dias – qualquer se for necessária internação • Sem levar a um comprometimento funcional significativo e comportamento de risco DSM-IV-TR, APA, 1995 Depressão • Humor – depressivo, perda de interesse ou prazer em quase todas as atividade – alucinações e delírios congruentes com humor • Duração – pelo menos 2 semanas, na maior parte do dia , quase todo o dia • Sintomas: pelo menos 5 , sendo que pelo menos um deve ser humor depressivo ou perda do interesse prazer – ganho ou perda de peso – insônia ou hiperônia – retardo ou agitação psicomotora – falta de energia, cansaço – culpa ou desvalia – diminuição da concentração, raciocínio e capacidade de tomada de decisão – pensamentos de morte e suicídio DSM-IV-TR, APA, 1995 Estado Misto • Rápida alternância de humor ou presença concomitante de sintomas de depressão e mania • Pode apresentar sintomas psicóticos • Duração – quase todos os dias por pelo menos 1 semana • Sintomas frequentes – agitação – insônia – disregulação do apetite – pensamentos suicidas DSM-IV-TR, APA, 1995 Idade de Início e Polaridade do Humor Mania/Hipomani a e Estados Mistos Chengappa et al. 2003 Depressão Classificação • TIpo I: – mania e depressão • Tipo II: – hipomania e depressão • Sem outra espcificação (espectro bipolar): – presença de sintomas levando ao comprometimento funcional ou mudança de comportamento sem preencher os critérios de mania, hipomania ou depressão DSM-IV-TR, APA, 1995 TAB I vs. TAB II ISBD, 2008 Comorbidade com outros Transtornos Psiquiátricos McElroy et al. 2001 Comorbidades Psiquiátricas Krishnan et al., 2005 Erro diagnóstico Hirschfeld et al. 2003 Depressão TAB X Depressão Unipolar Hipersônia / aumento de sono diurno Insônia inicial/redução do sono Hiperfagia e/ou aumento de peso Diminuição do apetite e/ou perda de peso Paralisia cérea Lentificação psicomotora Atividade normal ou aumentada Sintomas psicóticos , culpa patológica Queixas somáticas Labilidade do humor/ sintomas de mania Início precoce: < 25 anos Múltiplos episódios: > 5 História Familiar para TBH Início tardio: > 25 anos Duração mais longa dos episódios: > 6m Sem história familiar de TBH ISBD, 2008 Evolução FISIOPATOFISIOLOGIA DO TBH AMBIENTE COMPORTAMENTO Cognitivo/Afetivo/Sensomotor SISTEMAS Circuitos neurais CELULAR Crescimento celular Sobrevivência/Morte Morfologia celular Remodelação Dendrítica MOLECULAR Suceptibilidade Genética Gens Protetores Fatores de Transcripção mRNA FISIOPATOFISIOLOGIA DO TBH AMBIENTE Fatores Ambientais: Estressores psicossociais Fatores Internos: Deprivação de Sono EIXO HPA/gonadal COMPORTAMENTO Cognitivo/Afetivo/Sensomotor SISTEMAS Circuitos neurais CELULAR Crescimento celular Sobrevivência/Morte Morfologia celular Remodelação Dendrítica MOLECULAR Suceptibilidade Genética Gens Protetores Fatores de Transcripção mRNA FISIOPATOFISIOLOGIA DO TBH AMBIENTE Fatores Ambientais: Estressores psicossociais Fatores Internos: Deprivação de Sono EIXO HPA/gonadal COMPORTAMENTO Cognitivo/Afetivo/Sensomotor SISTEMAS Circuitos neurais CELULAR Crescimento celular Sobrevivência/Morte Morfologia celular Remodelação Dendrítica MOLECULAR Suceptibilidade Genética Gens Protetores Fatores de Transcripção mRNA Neurotransmissão: Neurotransmissores e Neuropeptídeos Conectividade Sináptica STRESS e TAB NEUROANATOMIA DO TAB Strakowski, 2005 Vias Canônicas (Sinalização) KINDLING • Aumento progressivo da sensibilidade a eventos estressores psicossociais • Aumento progressivo da resistência ao tratamento • Melhor resposta aos anticonvulsivantes Post et al. 1986 KINDLING • Redução progressiva do tempo entre episódios • 40% pacientes apresentam redução do intervalo entre 1ª e 2ª episódios • 25 % pacientes redução progressiva entre os intervalos subsequentes Slater, 1938; Post et al. 1986; Kessing et al.1999 CARGA ALOSTÁTICA • Acumulação de diversas tentativas de adaptação do organismo ao estresse na qual, a ação protetora de curto prazo de mediadores é substituída por um efeito deletério quando estes passam a atuar em um período prolongado de tempo MacEwn & Wingfield, 2003 BDNF • Fator Neurotrófico cerebral • Suporte de sobrevivência, crescimento, diferenciação neuronal e sinaptogênese • Ativa no hipocampo, córtex e gânglios da base aprendizado, memória e raciocínio Kapczinki & Quevedo, e cols. 2009 BDNF e Dano Cerebral Kapczinki & Quevedo, e cols. 2009 BDNF • ↓ na mania e depressão • ↓ quando ↑ o estresse oxidativo • Lítio e Valproato: ↑ BDNF e ↓ oxidativo Kapczinki & Quevedo, e cols. 2009 Glutamato • Neurotransmissor excitatório mais potente • 60% das sinapses • Ruptura do Sistema Glutamato-Glutamina-Glia – alterando vias de neuroplasticidade e Gabaérgicas • Potencial via para o tratamento de depressão bipolar e unipolar Tratamento Farmacológico do TAB Genérico Comercial Mania Depakote X Carbamazepina Tegretol X Lamotrigina Lamictal Valproato Lítio Misto Manutenção Depressão X X X X Carbolitium X Aripiprazol Abilify X X Ziprasidona Geodon X X Risperidona Risperdal X X Quetiapina Seroquel X Haloperidol Haldol X Clorpromazina Amplictil X Olanzapina Zyprexa X X X X X X X X X Vias Canônicas e Tratamento Transtorno Complexo VALIDADE CLÍNICA VALIDADORES • Valor Preditivo • Utilidade Prática • Quanto melhor for a identificação de uma síndrome clínica ( grupos de sintomas) maiores são as chances de se descobrir sua etipolatogia • O maior validador clinico de uma doença é a elucidação da sua etiopatologia Kendell, 1989 VALIDADORES 1 - Identificação e descrição da síndrome – "cluster": - grupo de sintomas relacionados - evolução no tempo - muitas vezes identificada intitutivamente 2 - Identificação dos limites - análises discriminatórias - distribuição bimodal - difíceis de replicar 3 - Estudos de evolução: - mais importantes, mais utilizados - não associados a fatores externos: idade, raça, gênero, região geográfica - a relação entre os sintomas e a evolução é não linear Kendell, 1986 VALIDADORES 4 - Ensaios clínicos - resposta clínica sob condições controladas - reposta específica 5 - Estudos Familiares - associação familiar 6 - Associação com alterações - comportamento - histológicas - bioquímicas - moleculares Kendell, 1989 Validação de um marcador biológico PASSO 1 PASSO 2 PASSO 3 PASSO 4 PASSO 5 Identificação de biomarcador alvo Validação do biomarcador: estudo em pessoas com e sem a doença Estudos retrospectivos Estudos prospectivos de triagem Verificação da validade clinica Validade de Construto Criterio de Validade Valor preditivo Eficácia da estratégia Efetividade Estudo transversais com amostras pequenas Estudos transversais com amostras pequenas Estudos casocontrole com amostras amostras moderadas Prospectivo com amostra moderada Ensaios clínicos DCR com amostras grandes Analise ROC Maior evidencia da efetividade do biomarcador Estudo de precisão: confiabilidade, precisão e sensibilidade Variação intra-individual Identificação de taxas de verdadeiros e falso Prover a eficácia Candidatos a Biomarcadores Scaneamento de pacientes " Treinamento de aprendizagem da maquina" Descriminação de regiões pacientes x controles Scaneamento de controles Scaneamento de novo sujeito " Teste de aprendizagem da maquina" Prediz: paciente ou controle Marcadores Biológicos Candidatos no TAB Neuroimagem Aumento ventricular Marcadores Periféricos Aumento de volume Striatum e amigdala Stress oxidativo: Aumento de oxido nítrico Peroxidação de lipídios Carbonilção de proteínas Diminuição da substancia cinzenta no giro do cingulo perigenual e cingulo anterios subgenual Inflamação: Aumento citoquinas pró-inflamatórias (IL-6, TNF-Alpha) Aumento da ativação subcortical anterior temporal e regioes préfontais na resposta a estímulos emocionais Diminuição de citoquinas anti-inflamatórias (IL-10) Fatores Neurotróficos Diminuição de BDNF no estágios finais da doenças Genética Ritmos circadianos (ARNTL, RORB) Conectividade cerebral (MBP) Desenvolvimento Neuronal (BDNF) Crescimento celular/desenvolvimento (NRG) Crescimento interno neuronal/desenvolvimento cortical (DISC1) Motilidade, ativação, proliferação, contato (ANK3) Regulação da entrada de cálcio em resposta a atividade sináptica (CACN1c) PSIQUIATRIA COMPUTACIONAL • Abismo explicativo: Psiquiatria biológica e neurociências • Falta de conhecimento de fenótipos cognitivos • Eficácia moderada dos tratamentos • Pouco conhecimento dos mecanismos de ação dos psicofármacos • Avaliação dos processos de tomada de decisão (cognitivos) nos diversos transtornos psiquiátricos • Cognição: capacidade de modelar e entender as intenções e emoções humanas, habilidade de prever reações Montague et al., 2012 Avaliações Cognitivas • Estudos genéticos de comprometimentos cognitivos • Função cognitiva durante a evolução da doença • Comprometimento cognitivo e tractos neurológicos • Cognição e variáveis clínicas (tempo de duração, subtipos, sintomas) • Cognição e funcionamento psicossocial • Efeitos do tratamento na cognição Montague et al., 2012 PSIQUIATRIA COMPUTACIONAL Modelagem Biofísica Modelagem Computacional Data-mining Fenotipagem Computacional •Identificação de novas dinâmicas: genética, moleculares, celulares e neuronais •Capacitar compartilhamento de dados em larga escala •Explorar biomarcadores em contextos cognitivos saudáveis e patológicos •Fornecer avaliações computacionais dos tratamentos Montague et al., 2012 MODELAGEM BIOFÍSICA • Modelos matemáticos de quantificação, multi-nível (unificadores) • Exploratórios e ubíquos • Modelos biofísicos: - elucidar relações em sistemas complexos com capacidade preditora ex:modelagem dinâmica causal na predição de efeito terapêutico - rápido, capaz de simular modelos baseados em evidência com dados empíricos Montague et al., 2012 MODELAGEM COMPUTACIONAL • Modelos computacionais para funções neurais e cognitivas • Modelos restritivos dos fenómenos mentais • Particularmente focada nos mecanismos de tomada de decisão: - acúmulo de evidências - utilidade de opções - escolha baseada nas evidências • Modelos complexos: informações adquiridas ao longo do tempo + informações colhidas no tempo real • Modelos de aproximação: Reforço de Aprendizagem - Reinforcement Learning Games • Parametrização através de uma abordagem Bayesiana de clusters Montague et al., 2012 MODELAGEM COMPUTACIONAL • Conexionismo: • Modelos baseados em unidade neuronais conectadas biologicamente plausível baseada em dados cerebrais ou capazes de realizar funções cognitivas e comportamentais importantes • Propriedades semelhantes a sistemas físicos dinâmicos – termodinâmica • Parametrização interferência Bayesiana • Comparação de modelos saudáveis e patológicos para construção de modelos preditivos MODELAGEM COMPUTACIONAL • Criar um modelo de fenotipagem computacional que: - Utilize parâmetros computacionais para estimar funções cognitivas e seu substrato biológico - Leve a novas abordagens fenotípicas que parametrizadas em humanos aliementem o modelo DINÂMICA COMPUTACIONAL NÃO LINEAR • Fenômenos periódicos complexos • Fxplicar fases de transição • Sentimentos, pensamentos e comportamentos (na abrangência e escopo dos transtornos e episódios) • Podem incorporar os processos de resiliência neuronal, neurotransmissão, oscilação dos neurocircuitos e suas relações. • Abordagem fenomenológica dimensional associada aos marcadores biológicos, genéticos, circuitos neuronais e longitudinal DINÂMICA COMPUTACIONAL NÃO LINEAR • Transtorno mental é visto com um processo dinâmico no tempo • Cada sintoma pode ser analisado como como uma manifestação primária ou secundária de um estímulo • Winner-Less Competition: cognição e emoção competem pelos mesmos recursos cerebrais (circuitos cerebrais, oxigênio, glicose, etc) • Demonstra o espectro qualitativo de diferentes padrões independente da composição da dinâmica dos agentes intrínsecos e interação entre eles INTERAÇÃO DINÂMICA Teoria Computacional Dinâmica dos Transtornos Mentais • Dentro do espaço de interação entre percepção, emoção, pensamentos e comportamentos podem ser conceitualizadas estruturas temporais que provêm estabilidade para os processos cognitivos e comportamentais. • Esta estruturas interagem dentro de um sub-espaço como um canal de auxílio, um fluxo de informação de uma estado de estabilidade (estado metaestavel) para o próximo, o que resultaria em uma mudança de comportamento Teoria Computacional Dinâmica dos Transtornos Mentais • Principios 1 – Recursos mentais limitados – energia, tempo, memória, capacidade de atenção 2 – Existência de estados metaestáveis – estados com características que não apresentam mudanças em um espaço finito de tempo 3 – Sensibilidade da dinâmica mental ao ambiente – a sequência de transições de metaestados mentais depende da percepção destes fatores externos Teoria Computacional Dinâmica dos Transtornos Mentais • Pacientes poderiam ser agrupados segundo os Parâmentros Espaciais de Controle • Estes grupos podem ser representados por intervenções específicas ou medicações • Portanto poderiam ter validade diagnóstica e clínica • Contribuiria: - Conceitualização dos transtornos mentais - Melhor entendimento da psicopatologia e resposta clínica aos tratamentos - Esclarecer a relação entre fenótipo, genética e biologia Teoria Computacional Dinâmica dos Transtornos Mentais • Pode extrapolar as definições de Transtornos mentais categoriais (DSM) • Pode clarificar diferentes tipos de dinâmicas através de diferentes instabilidade dentro do mesmo diagnóstico • Permite a formulação de parâmetros de controles que seriem utilizadas como referência - parâmetros espaciais de controle - tipos e números de metaestados mentais - matrizes de conexão que determinan modos de conexão - escalas de tempo características Canal Estável Heterocíclico ( Stable Heterociclic Channel – SHC) Bystritsky et al., 2011 Fenotipagem Computacional de Funções Cognitivas • Produzir novos e úteis fenótipos • Estruturam a procura por fatores genéticos e neuronais de modelos saudáveis e patológicos associados aos estudos nosológicos • Fornecem um novo código • Humanos Fenótipo Computacional Pesquisa de correlatos genéticos e neurais modelos animais • Necessidade de novos modelos mais abrangentes, não restritos aos processos de decisão com novas habilidades de mensuração neural aprofundando a fenotipagem cognitiva • Grande trocas de dados e abertura entre disciplinas científicas para uma modelagem contínua Endofenótipos Translacionais • • Evolução dos fenótipos fenomenológicos atuais (categorias) Permitiriam maior atuação sobre os mecanismo fisiopatológicos (neuroplasticidade/trofismo/neurodegeneracao) ATUAL Transtornos Complexos-Síndromes Medicamentos com ação ampla Tratamento baseado em estudos populacionais FUTURO Quantificação de tratos fenotípicos Medicamentos com ação mais especializada Tratamento Individual-Personalizado TAB DEP Humor TDAH ESQUIZ Cognição Paciente A Psicose Paciente B Conclusão • Psiquiatria computacional une informações precisa de modelos `a aspectos mensuráveis do comportamento, de substratos neuronais e moleculares avaliados independentemente. Conclusão • Psiquiatria computacional une informações precisa de modelos `a aspectos mensuráveis do comportamento, de substratos neuronais e molecurares avaliados independentemente. • Estas informações podem fornecer categorias de disfunções relacionadas, mas diferentes das existentes motivando novos modelos translacionais Conclusão • Psiquiatria computacional une informações precisa de modelos `a aspectos mensuráveis do comportamento, de substratos neuronais e molecurares avaliados independentemente. • Estas informações podem fornecer categorias de disfunções relacionadas mas diferentes das existentes motivando novos modelos translacionais • A modelagem matemática de todos os processos neuronais, dinâmicos e estruturais para visualização mensuração na simulação tem evolução paralela Conclusão • Psiquiatria computacional une informações precisa de modelos `a aspectos mensuráveis do comportamento, de substratos neuronais e molecurares avaliados independentemente. • Estas informações podem fornecer categorias de disfunções relacionadas mas diferentes das existentes motivando novos modelos translacionais • A modelagem matemática de todos os processos neuronais, dinâmicos e estruturais para visualização mensuração na simulação tem evolução paralela • Pode permitir a construção de modelos multi-nível que permitam avaliações preditoras de disfunções e manipulações Conclusão • Psiquiatria computacional une informações precisa de modelos `a aspectos mensuráveis do comportamento, de substratos neuronais e molecurares avaliados independentemente. • Estas informações podem fornecer categorias de disfunções relacionadas mas diferentes das existentes motivando novos modelos translacionais • A modelagem matemática de todos os processos neuronais, dinâmicos e estruturais para visualização mensuração na simulação tem evolução paralela • Pode permitir a construção de modelos multi-nível que permita avaliação preditoras de disfunções e manipulações • Os modelos podem levar a novos modelos reduzidos (short-circuit) com regras de autoorganização de elementos neurais baseados nos achados computacionais observados removendo a necessidade de especificações detalhadas Conclusão • Psiquiatria computacional une informações precisa de modelos `a aspectos mensuráveis do comportamento, de substratos neuronais e molecurares avaliados independentemente. • Estas informações podem fornecer categorias de disfunções relacionadas mas diferentes das existentes motivando novos modelos translacionais • A modelagem matemática de todos os processos neuronais, dinâmicos e estruturais para visualização mensuração na simulação tem evolução paralela • Pode permitir a construção de modelos multi-nível que permita avaliação preditoras de disfunções e manipulações • Os modelos podem levar a novos modelos reduzidos (short-circuit) com regras de autoorganização de elementos neurais baseados nos achados computacionais observados removendo a necessidade de especificações detalhadas • Requer conhecimento profundo e amplo de várias disciplinas de neurociências (cognição, computacional, celular , molecular, farmacologia, neurologia, psiquiatria) associadas a ciência e engenharia da computação Conclusão • Psiquiatria computacional une informações precisa de modelos `a aspectos mensuráveis do comportamento, de substratos neuronais e molecurares avaliados independentemente. • Estas informações podem fornecer categorias de disfunções relacionadas mas diferentes das existentes motivando novos modelos translacionais • A modelagem matemática de todos os processos neuronais, dinâmicos e estruturais para visualização mensuração na simulação tem evolução paralela • Pode permitir a construção de modelos multi-nível que permita avaliação preditoras de disfunções e manipulações • Os modelos podem levar a novos modelos reduzidos (short-circuit) com regras de autoorganização de elementos neurais baseados nos achados computacionais observados removendo a necessidade de especificações detalhadas • Requer conhecimento profundo e amplo de várias disciplinas de neurociências (cognição, computacional, celular e molecular, farmacologia, neurologia, psiquiatria) associadas a ciência e engenharia da computação • Nova filosofia de colaboração em pesquisa e desenvolvimento de habilidades de relacionamento científico e educativo AMBIENTE DE PESQUISA • Softwares: análises exploratorias visualição conceitual procura de referências • Banco de dados central • Web serviços • Colaboração • Workshops e encontros frequentes [email protected]