Компания Beacon Biosignals проводит картирование головного мозга во время сна.

Компания, основанная Джейком Донохью, доктором философии (выпуск 2019 года), и бывшим исследователем Массачусетского технологического института Джарреттом Ревелсом, создает платформу на основе искусственного интеллекта для диагностики и лечения заболеваний. Компания Beacon Biosignals разрабатывает модель для диагностики и лечения заболеваний головного мозга на основе данных, собранных во время сна людей дома. Фирма была основана выпускником Массачусетского технологического института Джейком Донохью и бывшим научным сотрудником MIT Джарреттом Ревелсом. Изображение: Предоставлено компанией Beacon Biosignals.

Человеческий мозг остается одной из самых захватывающих и загадочных тайн медицины. Ученые до сих пор пытаются сопоставить неврологическую активность с функциями мозга и выявлять проблемы на ранних стадиях, что замедляет усилия по лечению неврологических расстройств и других заболеваний.

Компания Beacon Biosignals работает над изучением работы мозга, отслеживая его активность во время сна. Компания, основанная Джейком Донохью (PhD '19) и бывшим исследователем из Массачусетского технологического института (MIT) Джарреттом Ревелсом, разработала легкую повязку на голову, которая использует электроэнцефалограмму (ЭЭГ) для измерения активности мозга, пока люди спят дома. Эти данные обрабатываются алгоритмами машинного обучения для отслеживания эффективности новых методов лечения, выявления новых признаков прогрессирования заболевания и создания групп пациентов для клинических испытаний.

«Когда мы убираем лаборатории сна и переносим клиническую ЭЭГ в домашние условия, возможности кардинально меняются», — говорит Донохью, генеральный директор Beacon. «Это превращает сон из ограниченного, проводимого в специализированных учреждениях исследования в масштабируемый источник высококачественных данных для диагностики, разработки лекарств и долгосрочного наблюдения за состоянием здоровья мозга».

Компания Beacon сотрудничает с фармацевтическими компаниями, чтобы ускорить внедрение своей продукции в практику лечения пациентов. Медицинское устройство компании, получившее разрешение FDA 510(k), уже использовалось более чем в 40 клинических испытаниях по всему миру в рамках исследований, направленных на лечение таких заболеваний, как большое депрессивное расстройство, шизофрения, нарколепсия, идиопатическая гиперсомния, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.

С каждым развертыванием Beacon узнает больше о том, как работает мозг, — эти знания используются для создания «базовой модели» мозга.

«Мы считаем, что набора данных, который изменит подход к здоровью мозга, пока не существует, но мы быстро его создаём», — говорит Донохью. «Наша платформа позволяет характеризовать гетерогенность прогрессирования заболеваний, генерируя динамические данные, которые невозможно в полной мере получить с помощью статических методов, таких как секвенирование или визуализация. Мозг — это электрический орган, и он изменяется за счёт синаптической пластичности, поэтому отслеживание функций мозга при многих заболеваниях в больших масштабах позволит нам обнаружить новые подгруппы заболеваний и составить их карту во времени».

Освещение мозга

Донохью проходил обучение в рамках программы Гарвард-Массачусетский технологический институт (MIT) по наукам о здоровье и технологиям, одновременно получая докторскую степень по нейробиологии в MIT под руководством Эрла Миллера, профессора Пиковера в области наук о мозге и когнитивных науках и Института Пиковера по изучению обучения и памяти. Во время обучения в программе Донохью проходил стажировку в Массачусетской больнице общего профиля и Бостонской детской больнице, где помогал в лечении пациентов, в том числе онкологических больных, в период развития геномного секвенирования для разработки методов точной терапии рака. Позже он работал в неврологии и психиатрии, где лечение часто основывалось на итеративных подходах, что подчеркивает возможность применения аналогичного подхода, основанного на данных, к здоровью мозга.

«Больше всего меня поразила невозможность измерения функций мозга так, как это делают кардиологи, отслеживая сердечную функцию пациентов в домашних условиях», — говорит Донохью. «В Массачусетском технологическом институте я пришел к убеждению, что обработка большого объема данных о работе мозга и сопоставление их с функциями мозга кардинально изменят подход к диагностике и лечению этих неврологических заболеваний».

Ближе к концу обучения Донохью начал развивать свои идеи дальше, взаимодействуя с наставниками, в том числе с профессорами HST и Гарвардской медицинской школы Сидни Кэшем и Брэндоном Вестовером. Во время своей работы над докторской диссертацией он познакомился с Ревелсом, который работал инженером-программистом в лаборатории Джулии в Массачусетском технологическом институте, и убедил его стать соучредителем Beacon в 2019 году.

«Мы решили, что создание бизнеса, направленного на изучение интересующего нас органа — мозга — станет отличным началом для понимания гетерогенных нейропсихиатрических заболеваний и разработки более эффективных методов лечения», — вспоминает Донохью.

Компания Beacon начинала свою деятельность как предприятие, занимающееся вычислительными технологиями и аналитикой, разрабатывая носимые устройства для расширения клинического влияния и охвата. С самого начала Beacon сотрудничала с крупными фармацевтическими компаниями, проводящими клинические испытания, предлагая менее инвазивный способ наблюдения за мозговой активностью и изучения того, как их лекарства влияют на мозг, а также на сон пациентов.

«Было очевидно, что сон — это подходящее время для изучения работы мозга», — говорит Донохью. «Нейронная активность во время сна может быть на порядок выше и более структурированной, почти как язык. Это отличная область для понимания функций мозга и того, как различные лекарства влияют на мозг».

Донохью говорит, что устройства Beacon могут собирать данные лабораторного качества о каждом пациенте в течение нескольких последовательных ночей, что приводит к более качественной оценке. Компания использует машинное обучение для извлечения информации, такой как время, которое пациенты проводят в разных стадиях сна, и количество небольших пробуждений в течение ночи. Она также может обнаруживать незначительные изменения в структуре сна, которые могут привести к снижению когнитивных функций.

«Мы начинаем брать характеристики активности во сне и связывать их с результатами таким образом, который никогда прежде не применялся с такой точностью», — говорит Донохью.

На сегодняшний день компания Beacon принимала участие в клинических испытаниях, посвященных расстройствам сна и психическим заболеваниям, а также нейродегенеративным заболеваниям, при которых изменения сна могут проявляться за годы до появления симптомов.

«Мы много работаем в таких областях, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, которой страдал мой дедушка», — говорит Донохью. «Мы анализируем особенности фазы быстрого сна и медленного сна, чтобы выявлять ранние изменения, предшествующие клиническим симптомам. Это возможность перейти от поздней диагностики этих заболеваний к гораздо более ранней, основанной на данных, диагностике».

Улучшение методов лечения заболеваний головного мозга для миллионов людей.

В прошлом году компания Beacon приобрела компанию, занимающуюся тестированием апноэ во сне на дому, которая ежегодно обслуживает более 100 000 пациентов по всей территории США, что ускорило доступ к высококачественному и комплексному тестированию на дому и расширило охват ее платформы. Затем в ноябре компания привлекла 97 миллионов долларов для ускорения этого расширения.

«Наша цель всегда заключалась в том, чтобы охватить пациентов и помочь людям в больших масштабах», — говорит Донохью. «Самое важное — это то, что мы создаем долгосрочную историю изменений функций мозга», — говорит Донохью. «Пациент может прийти на обследование на апноэ во сне, но если у него спустя годы разовьется болезнь Паркинсона, эти ранние данные станут окном в историю болезни до появления симптомов. Это превращает рутинные обследования в основу для совершенно новых прогностических биомаркеров — и путь к более раннему выявлению и лечению заболеваний головного мозга, потенциально еще до появления симптомов».

Источник: news.mit.edu