كشف تحليل ما يقرب من 50 ألف عملية مسح للدماغ عن خمسة أنماط مختلفة من ضمور الدماغ المرتبطة بالشيخوخة والأمراض التنكسية العصبية. وربط التحليل أيضًا الأنماط بعوامل نمط الحياة مثل التدخين واستهلاك الكحول، وكذلك بالعلامات الوراثية والدم المرتبطة بالحالة الصحية ومخاطر الأمراض.

يعتبر هذا العمل بمثابة "تحفة منهجية" يمكن أن تعزز بشكل كبير فهم الباحثين للشيخوخة، كما يقول أندريه إيريميا، عالم الشيخوخة بجامعة جنوب كاليفورنيا في لوس أنجلوس، والذي لم يشارك في هذا العمل. "قبل هذه الدراسة، كنا نعلم أن تشريح الدماغ يتغير مع الشيخوخة والمرض. ولكن قدرتنا على التقاط هذا التفاعل المعقد كانت أكثر تواضعا بكثير."

أجريت الدراسة في 15 أغسطسطب الطبيعةنشرت.

التجاعيد في الدماغ

لا يمكن أن تسبب الشيخوخة الشعر الرمادي فحسب، بل قد تسبب أيضًا تغيرات في تشريح الدماغ تظهر في صور التصوير بالرنين المغناطيسي، مع تقلص بعض المناطق أو خضوعها لتغيرات هيكلية بمرور الوقت. ومع ذلك، فإن هذه التحولات خفية. يقول كريستوس دافاتزيكوس، المتخصص في التصوير الطبي الحيوي بجامعة بنسلفانيا في فيلادلفيا ومؤلف الدراسة: «العين البشرية غير قادرة على إدراك أنماط التغيرات المنهجية في الدماغ» المرتبطة بهذا التدهور.

وقد أظهرت الدراسات السابقة أن التعلم الآلي يمكنه استخراج بصمات الشيخوخة الدقيقة من بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي. ومع ذلك، كانت هذه الدراسات محدودة النطاق في كثير من الأحيان وشملت عادة بيانات من عدد صغير نسبيا من الناس.

ولتحديد الأنماط الأوسع، بدأ فريق دافاتزيكوس دراسة استغرقت حوالي ثماني سنوات لإكمالها ونشرها. لقد استخدموا طريقة التعلم العميق التي تسمى Surreal-GAN، والتي طورها المؤلف الأول زيجيان يانغ عندما كان طالبًا في مختبر دافاتزيكوس. وقام العلماء بتدريب الخوارزمية باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ على 1150 شخصًا سليمًا تتراوح أعمارهم بين 20 إلى 49 عامًا و8992 من كبار السن، بما في ذلك العديد من الأشخاص الذين يعانون من إعاقات إدراكية. وقد علم هذا الخوارزمية كيفية التعرف على السمات المتكررة للأدمغة المتقدمة في السن، مما سمح لها ببناء نموذج داخلي للهياكل التشريحية التي تتغير في وقت واحد، على عكس تلك التي تميل إلى التغيير بشكل مستقل.

ثم طبق الباحثون النموذج الناتج على فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي لما يقرب من 50 ألف شخص شاركوا في دراسات مختلفة حول الشيخوخة والصحة العصبية. قدم هذا التحليل خمسة أنماط منفصلة من ضمور الدماغ. وربط العلماء بين أنواع مختلفة من انحطاط الدماغ المرتبط بالعمر ومجموعات من الأنماط الخمسة، على الرغم من وجود بعض الاختلافات بين الأشخاص الذين يعانون من نفس الحالة.

أنماط الشيخوخة

على سبيل المثال، كان للخرف وسلائفه، الضعف الإدراكي المعتدل، ارتباطات بثلاثة من الأنماط الخمسة. ومن المثير للاهتمام أن الباحثين وجدوا أيضًا أدلة على أن الأنماط التي حددوها يمكن استخدامها للكشف عن احتمال حدوث المزيد من انحطاط الدماغ في المستقبل. يقول دافاتزيكوس: "إذا كنت تريد التنبؤ بالانتقال من حالة إدراكية طبيعية إلى حالة ضعف إدراكي معتدل، فهناك شيء واحد هو الأكثر بصيرة". "في مراحل لاحقة، تؤدي إضافة [نمط] ثانٍ إلى إثراء توقعاتك، وهو أمر منطقي لأن هذا يجسد انتشار المرض." وارتبطت أنماط أخرى بأمراض مثل مرض باركنسون والزهايمر، بالإضافة إلى مجموعة من ثلاثة أنماط كانت تنبئ بقوة بالوفيات.

وجد الباحثون روابط واضحة بين أنماط محددة من ضمور الدماغ والعوامل الفسيولوجية والبيئية المختلفة، بما في ذلك استهلاك الكحول والتدخين، بالإضافة إلى التوقيعات الجينية والكيميائية الحيوية المختلفة المرتبطة بالصحة. يقول دافاتزيكوس إن هذه النتائج تعكس على الأرجح تأثير الصحة البدنية العامة على الصحة العصبية، حيث أن الضرر الذي يلحق بأجهزة الأعضاء الأخرى يمكن أن يكون له عواقب على الدماغ.

ومع ذلك، يحذر دافاتزيكوس من أن الدراسة "لا تعني أنه يمكن اختزال كل شيء إلى خمسة أرقام"، ويعتزم فريقه العمل مع مجموعات البيانات التي تشمل نطاقًا أوسع من الأمراض العصبية وتتمتع بتنوع عرقي وثقافي أكبر.