Das menschliche Gehirn bleibt eines der faszinierendsten und verwirrendsten Geheimnisse der Medizin. Wissenschaftler haben immer noch Schwierigkeiten, die neurologische Aktivität mit der Gehirnfunktion in Einklang zu bringen und Probleme frühzeitig zu erkennen, was die Bemühungen zur Behandlung neurologischer Störungen und anderer Krankheiten verlangsamt.
Beacon Biosignals arbeitet daran, das Gehirn zu verstehen, indem es seine Aktivität überwacht, während Menschen schlafen. Das von Jake Donoghue PhD ’19 und dem ehemaligen MIT-Forscher Jarrett Revels gegründete Unternehmen hat ein leichtes Stirnband entwickelt, das mithilfe der Elektroenzephalogramm-Technologie (EEG) die Gehirnaktivität misst, während Menschen zu Hause ihren normalen Schlafroutinen nachgehen. Diese Daten werden von maschinellen Lernalgorithmen verarbeitet, um die Wirkung neuartiger Behandlungen zu überwachen, neue Anzeichen für das Fortschreiten der Krankheit zu finden und Patientenkohorten für klinische Studien zu erstellen.
„Wenn man das Schlaflabor entfernt und ein EEG in klinischer Qualität ins Haus bringt, bedeutet dies einen gewaltigen Wandel in dem, was möglich wird“, sagt Donoghue, der als CEO von Beacon fungiert. „Es verwandelt den Schlaf von einem eingeschränkten, einrichtungsbasierten Check in eine skalierbare Quelle hochwertiger Daten für Diagnostik, Arzneimittelentwicklung und Längsschnittgesundheit des Gehirns.“
Beacon arbeitet mit Pharmaunternehmen zusammen, um seinen Weg zu Patienten zu beschleunigen. Das von der FDA 510(okay) zugelassene Medizinprodukt des Unternehmens wurde bereits in über 40 klinischen Studien auf der ganzen Welt eingesetzt, im Rahmen von Studien zur Behandlung von Erkrankungen wie schwerer Despair, Schizophrenie, Narkolepsie, idiopathischer Hypersomnie, Alzheimer-Krankheit und Parkinson-Krankheit.
Mit jedem Einsatz erfährt Beacon mehr über die Funktionsweise des Gehirns – Erkenntnisse, die es nutzt, um ein „Grundmodell“ des Gehirns zu erstellen.
„Wir glauben, dass der Datensatz, der die Gehirngesundheit verändern wird, noch nicht existiert – aber wir erstellen ihn schnell“, sagt Donoghue. „Unsere Plattform kann die Heterogenität des Krankheitsverlaufs charakterisieren und dynamische Erkenntnisse generieren, die mit statischen Modalitäten wie Sequenzierung oder Bildgebung nicht vollständig erfasst werden können. Das Gehirn ist ein elektrisches Organ und verändert sich durch synaptische Plastizität, sodass wir durch die Verfolgung der Gehirnfunktion bei vielen Krankheiten in großem Maßstab neue Untergruppen von Krankheiten entdecken und sie im Laufe der Zeit kartieren können.“
Das Gehirn erhellen
Donoghue absolvierte eine Ausbildung im Harvard-MIT-Programm für Gesundheitswissenschaften und Technologie, führte eine klinische Ausbildung zum Doktor der Medizin durch und promovierte in Neurowissenschaften am MIT unter der Leitung von Earl Miller, Picower-Professor für Gehirn- und Kognitionswissenschaften am MIT und dem Picower Institute for Studying and Reminiscence. Während seines Programms absolvierte Donoghue eine Ausbildung am Massachusetts Basic Hospital und am Boston Kids’s Hospital, wo er bei der Betreuung von Patienten, unter anderem in der Onkologie, während des Aufstiegs der Genomsequenzierung als Leitfaden für präzise Krebstherapien half. Später arbeitete er in der Neurologie und Psychiatrie, wo die Pflege oft auf iterativeren Ansätzen beruhte – was eine Likelihood hervorhob, ähnlich datengesteuerte Präzision in die Gehirngesundheit zu bringen.
„Was mich am meisten beeindruckte, warfare die Unfähigkeit, die Gehirnfunktion auf die Artwork und Weise zu messen, wie Kardiologen die Herzfunktion von Patienten von zu Hause aus in Längsrichtung überwachen können“, sagt Donoghue. „Am MIT habe ich die Überzeugung entwickelt, dass die Verarbeitung vieler Gehirndaten und die Arbeit, diese mit der Gehirnfunktion zu korrelieren, die Artwork und Weise, wie diese neurologischen Erkrankungen identifiziert und behandelt werden, grundlegend verändern würde.“
Gegen Ende seiner Ausbildung begann Donoghue, seine Ideen weiterzuentwickeln, indem er mit Mentoren zusammenarbeitete, darunter den HST- und Harvard Medical College-Professoren Sydney Money und Brandon Westover. Während seiner Doktorarbeit hatte er Revels kennengelernt, der als Forschungssoftware-Ingenieur im Julia Lab des MIT arbeitete, und überzeugte ihn, 2019 gemeinsam mit ihm Beacon zu gründen.
„Wir haben entschieden, dass der Aufbau eines Unternehmens zum Verständnis des interessierenden Organs – des Gehirns – ein guter Anfang wäre, um heterogene neuropsychiatrische Erkrankungen zu verstehen und bessere Behandlungen zu entwickeln“, erinnert sich Donoghue.
Beacon begann als Laptop- und Analyseunternehmen, das tragbare Geräte entwickelte, um die klinische Wirkung und Reichweite zu erweitern. Beacon arbeitet seit seinen Anfängen mit großen Pharmaunternehmen zusammen, die klinische Studien durchführen und so eine weniger invasive Möglichkeit bieten, die Gehirnaktivität zu beobachten und zu erfahren, wie sich ihre Medikamente auf das Gehirn und den Schlaf der Patienten auswirken.
„Es warfare klar, dass Schlaf das richtige Fenster warfare, um das Gehirn zu verstehen“, sagt Donoghue. „Die neuronale Aktivität während des Schlafs kann um eine Größenordnung höher und strukturierter sein, quick wie eine Sprache. Es ist eine großartige Oberfläche, um die Gehirnfunktion und die Auswirkungen verschiedener Medikamente auf das Gehirn zu verstehen.“
Laut Donoghue können die Geräte von Beacon über mehrere aufeinanderfolgende Nächte hinweg Labordaten von jedem Patienten sammeln, was zu einer qualitativ hochwertigeren Beurteilung führt. Das Unternehmen nutzt maschinelles Lernen, um Erkenntnisse zu gewinnen, beispielsweise über die Zeit, die Patienten in verschiedenen Schlafstadien verbringen, und über die Anzahl der kleinen Aufwachphasen im Laufe der Nacht. Es kann auch subtile Veränderungen der Schlafarchitektur erkennen, die zu einem kognitiven Rückgang führen können.
„Wir fangen an, Merkmale der Schlafaktivität zu erfassen und sie auf eine Artwork und Weise mit Ergebnissen zu verknüpfen, wie es noch nie zuvor mit dieser Präzision möglich warfare“, sagt Donoghue.
Bisher hat Beacon an klinischen Studien zu Schlaf- und psychiatrischen Störungen sowie neurodegenerativen Erkrankungen teilgenommen, bei denen Schlafstörungen Jahre vor dem Auftreten von Symptomen auftreten können.
„Wir arbeiten viel in Bereichen wie der Alzheimer-Krankheit und der Parkinson-Krankheit, von denen mein Großvater betroffen warfare“, sagt Donoghue. „Wir analysieren Merkmale des Schlafes mit schnellen Augenbewegungen und langsamen Schlafwellen, um frühe Veränderungen zu erkennen, die den klinischen Symptomen vorausgehen. Dies ist eine Gelegenheit, diese Krankheiten von der Späterkennung auf eine viel frühere, datengesteuerte Erkennung umzustellen.“
Verbesserung der Gehirnbehandlungen für Millionen
Im vergangenen Jahr erwarb Beacon ein Unternehmen für Schlafapnoe-Checks zu Hause, das jedes Jahr mehr als 100.000 Patienten in den USA betreut, wodurch der Zugang zu hochwertigen, umfassenden Checks zu Hause beschleunigt und die Reichweite seiner Plattform erweitert wurde. Im November sammelte das Unternehmen dann 97 Millionen US-Greenback, um diese Growth zu beschleunigen.
„Die Imaginative and prescient bestand schon immer darin, Patienten zu erreichen und ihnen in großem Umfang zu helfen“, sagt Donoghue. „Was aussagekräftig ist, ist, dass wir eine Längsschnittaufzeichnung der Gehirnfunktion über einen längeren Zeitraum erstellen“, sagt Donoghue. „Ein Affected person könnte zum Schlafapnoe-Screening kommen, aber wenn er Jahre später an Parkinson erkrankt, werden diese früheren Daten zu einem Fenster in die Krankheit, bevor Symptome auftreten. Das macht Routinetests zu einer Grundlage für völlig neue prognostische Biomarker – und zu einem Weg, Hirnerkrankungen früher zu erkennen und einzugreifen, möglicherweise bevor Symptome überhaupt auftreten.“