摘要：新的研究挑战了人们普遍持有的观点，即脑转移引起的认知障碍完全是由于肿瘤的占位效应造成的。研究表明，转移会改变大脑的化学成分并扰乱神经通讯。人工智能被用来识别小鼠体内是否存在转移，为早期诊断和更好的治疗提供了潜力。这项开创性的研究为理解、诊断和治疗脑转移的“范式转变”奠定了基础。
主要事实：
- 转移影响大脑的电活动，而不仅仅是其物理质量。
- 人工智能算法经过训练，可以根据电生理记录识别转移的存在。
- 该研究发现一种分子EGR1在这一过程中可能至关重要，为治疗干预打开了大门。
来源：CNIO
近一半的脑转移患者患有认知障碍。到目前为止，人们认为这是由于肿瘤的物理存在压迫了神经组织。但这种“质量效应”假说是有缺陷的，因为肿瘤的大小与其认知影响之间通常没有关系。小肿瘤可以引起显著的变化，而大肿瘤可以产生轻微的影响。为什么是这样？
《癌细胞》封面上的一项研究首次显示，这一解释可能在于脑转移破坏了大脑的活动。
来自西班牙国家研究委员会（CSIC）和西班牙国家癌症研究中心（CNIO）的作者发现，当癌症在大脑中扩散（转移）时，它会改变大脑的化学成分并扰乱神经元通讯——神经元通过电脉冲进行通讯，这些电脉冲由细胞及其周围环境的生化变化产生和传递。
在这项研究中，Manuel Valiente（CNIO）和Liset Menéndez de La Prida（Cajal Institute CSIC）实验室在欧盟资助的NanoBRIGHT项目中进行了合作，旨在开发用于大脑研究的新技术，并得到了其他资助机构的支持，如MICINN、AECC、ERC、NIH和EMBO。
人工智能演示
研究人员测量了有和没有转移的小鼠的大脑电活动，观察到两组患有癌症的动物的电生理记录彼此不同。为了确定这种差异是由转移引起的，他们求助于人工智能。他们用大量电生理记录训练了一种自动算法，该模型确实能够识别转移的存在。该系统甚至能够区分转移瘤和不同的原发肿瘤——皮肤癌、肺癌和乳腺癌。这些结果表明，转移确实以特定方式影响大脑的电活动，留下清晰可识别的特征。
对于作者来说，这项研究代表了对脑转移发展的基本理解的“范式转变”，并对这种病理的预防、早期诊断和治疗具有重要意义。
寻找对抗神经认知影响的药物
除了记录存在转移时脑电活动的变化之外，研究人员还开始探索可能解释这种变化的生化变化。通过分析受影响组织中表达的基因，他们发现了一种分子EGR1，它可能在此过程中发挥重要作用。这一发现为设计一种药物来预防或减轻脑转移对神经认知的影响提供了可能性。
正如CNIO脑转移小组负责人Manuel Valiente所解释的那样：“我们的多学科研究挑战了迄今为止公认的假设，即脑转移患者中非常常见的神经功能障碍完全是由于肿瘤的占位效应造成的。我们认为这些症状是肿瘤引起的生化和分子变化导致大脑活动变化的结果。这是一种范式转变，可能对诊断和治疗策略产生重要影响。”
卡哈尔研究所（CSIC）神经回路实验室主任Liset Menéndez de la Prida表示：“利用机器学习，我们已经能够整合所有数据来创建一个模型，让我们能够知道大脑中是否存在转移，只需观察其电活动即可。这种计算方法甚至可以在早期预测脑转移的亚型。这是一项完全开创性的工作，开辟了一条未探索的道路。”
两位作者都强调了这项复杂研究的多学科性质，该研究结合了神经科学、肿瘤学和计算分析，每项都使用了广泛的不同技术。
患者的认知研究和非侵入性技术的开发
这一结果带来的焦点变化意味着研究人员现在想要更系统地分析脑转移患者的认知状态。对于Valiente来说，这是接下来最重要的步骤之一。其中的关键将是由CNIO发起和协调的国家脑转移网络（RENACER），该网络已经收集了世界上最大的活体脑转移样本（经患者事先同意、在手术干预期间收集的组织样本，在CNIO生物库中向国际科学界提供），他们现在将在其中引入参与患者的神经认知评估方案。
就Liset Menéndez de La Prida而言，她将致力于将大脑活动的记录与相关分子的分析相结合，“以便开发新的脑肿瘤诊断探针，”她说。这项任务符合欧洲NanoBRIGHT项目，该项目旨在开发用于研究大脑和治疗其病理学的非侵入性技术，CSIC和CNIO都参与了该项目。
另一个目标是使用上述策略找到保护大脑免受癌症引起的神经元回路破坏的药物。“我们将寻找参与转移引起的神经元通讯变化的分子，并评估它们作为可能的治疗靶点，”Valiente解释道。除了CSIC团队开发的人工智能外，他们还将使用CNIO设计的METPlatform技术来同时评估数百种化合物对受转移影响的脑组织样本的潜在治疗活性。