Analýza téměř 50 000 skenů mozku odhalila pět různých vzorců mozkové atrofie spojené se stárnutím a neurodegenerativními chorobami. Analýza také spojila vzorce s faktory životního stylu, jako je kouření a konzumace alkoholu, a také s genetickými a krevními markery spojenými se zdravotním stavem a rizikem onemocnění.

Práce je „metodologickým mistrovským dílem“, které by mohlo významně posunout porozumění vědcům o stárnutí, říká Andrei Irimia, gerontolog z University of Southern California v Los Angeles, který se na práci nepodílel. "Před touto studií jsme věděli, že anatomie mozku se mění se stárnutím a nemocemi. Ale naše schopnost zachytit tuto komplexní interakci byla mnohem skromnější."

Studie byla provedena 15. srpna vPřírodní medicínazveřejněno.

Vrásky v mozku

Stárnutí může způsobit nejen šedé vlasy, ale také změny v anatomii mozku, které jsou viditelné na snímcích z magnetické rezonance, přičemž některé oblasti se časem zmenšují nebo procházejí strukturálními změnami. Tyto transformace jsou však jemné. "Lidské oko není schopno vnímat vzorce systematických změn mozku" spojených s touto degradací, říká Christos Davatzikos, specialista na biomedicínské zobrazování na University of Pennsylvania ve Philadelphii a autor článku.

Předchozí studie ukázaly, že strojové učení dokáže extrahovat jemné otisky prstů stárnutí z dat MRI. Tyto studie však měly často omezený rozsah a obvykle zahrnovaly údaje od relativně malého počtu lidí.

Aby identifikoval širší vzory, Davatzikosův tým zahájil studii, jejíž dokončení a zveřejnění trvalo asi osm let. Použili metodu hlubokého učení zvanou Surreal-GAN, kterou vyvinul první autor Zhijian Yang, když byl studentem v Davatzikosově laboratoři. Vědci trénovali algoritmus pomocí MRI mozku od 1 150 zdravých lidí ve věku 20 až 49 let a 8 992 starších dospělých, včetně mnoha s kognitivními poruchami. To naučilo algoritmus rozpoznávat opakující se rysy stárnoucích mozků, což mu umožnilo vytvořit vnitřní model anatomických struktur, které se mění současně, na rozdíl od těch, které mají tendenci se měnit nezávisle.

Výzkumníci poté použili výsledný model na MRI skeny téměř 50 000 lidí, kteří se účastnili různých studií o stárnutí a neurologickém zdraví. Tato analýza poskytla pět diskrétních vzorců atrofie mozku. Vědci spojili různé typy degenerace mozku související s věkem s kombinacemi pěti vzorců, i když mezi lidmi se stejným stavem byly určité rozdíly.

Vzorce stárnutí

Například demence a její předchůdce, mírné kognitivní poruchy, měly vazby na tři z pěti vzorců. Je zajímavé, že vědci také našli důkazy, že vzory, které identifikovali, by mohly být potenciálně použity k odhalení pravděpodobnosti další degenerace mozku v budoucnu. "Pokud chcete předpovědět přechod z kognitivně normálního stavu do mírného kognitivního poškození, jedna věc byla nejprozíravější," říká Davatzikos. "V pozdějších fázích přidání druhého [vzoru] obohatí vaši předpověď, což dává smysl, protože to zachycuje šíření patologie." Další vzorce byly spojeny s nemocemi, jako je Parkinsonova a Alzheimerova choroba, a také s kombinací tří vzorců, které silně predikovaly úmrtnost.

Autoři našli jasné souvislosti mezi specifickými vzory mozkové atrofie a různými fyziologickými a environmentálními faktory, včetně konzumace alkoholu a kouření, stejně jako různé genetické a biochemické podpisy spojené se zdravím. Davatzikos říká, že tyto výsledky pravděpodobně odrážejí dopad obecné fyzické pohody na neurologické zdraví, protože poškození jiných orgánových systémů může mít důsledky pro mozek.

Davatzikos však varuje, že studie „neznamená, že vše lze zredukovat na pět čísel“, a jeho tým hodlá pracovat se soubory dat, které zahrnují širší škálu neurologických onemocnění a mají větší etnickou a kulturní rozmanitost.