Η ανάλυση σχεδόν 50.000 σαρώσεων εγκεφάλου αποκάλυψε πέντε διαφορετικά μοτίβα εγκεφαλικής ατροφίας που συνδέονται με τη γήρανση και τις νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Η ανάλυση συνέδεσε επίσης τα πρότυπα με παράγοντες του τρόπου ζωής όπως το κάπνισμα και η κατανάλωση αλκοόλ, καθώς και με γενετικούς δείκτες και δείκτες που βασίζονται στο αίμα που σχετίζονται με την κατάσταση της υγείας και τον κίνδυνο ασθένειας.

Το έργο είναι ένα «μεθοδολογικό αριστούργημα» που θα μπορούσε να προωθήσει σημαντικά την κατανόηση της γήρανσης από τους ερευνητές, λέει ο Andrei Irimia, γεροντολόγος στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες που δεν συμμετείχε στην εργασία. "Πριν από αυτή τη μελέτη, γνωρίζαμε ότι η ανατομία του εγκεφάλου αλλάζει με τη γήρανση και τις ασθένειες. Αλλά η ικανότητά μας να αποτυπώσουμε αυτήν την περίπλοκη αλληλεπίδραση ήταν πολύ πιο μέτρια."

Η μελέτη διεξήχθη στις 15 Αυγούστου στοΙατρική της Φύσηςδημοσιευμένο.

Ρυτίδες στον εγκέφαλο

Η γήρανση μπορεί να προκαλέσει όχι μόνο γκρίζα μαλλιά αλλά και αλλαγές στην ανατομία του εγκεφάλου που είναι ορατές στις εικόνες μαγνητικής τομογραφίας, με ορισμένες περιοχές να συρρικνώνονται ή να υφίστανται δομικές αλλαγές με την πάροδο του χρόνου. Ωστόσο, αυτές οι μεταμορφώσεις είναι λεπτές. «Το ανθρώπινο μάτι δεν είναι σε θέση να αντιληφθεί πρότυπα συστηματικών εγκεφαλικών αλλαγών» που σχετίζονται με αυτήν την υποβάθμιση, λέει ο Χρήστος Δαβατζίκος, ειδικός βιοϊατρικής απεικόνισης στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια στη Φιλαδέλφεια και συγγραφέας της εργασίας.

Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι η μηχανική μάθηση μπορεί να εξαγάγει τα διακριτικά δακτυλικά αποτυπώματα της γήρανσης από δεδομένα MRI. Ωστόσο, αυτές οι μελέτες είχαν συχνά περιορισμένο εύρος και συνήθως περιλάμβαναν δεδομένα από σχετικά μικρό αριθμό ατόμων.

Για να εντοπίσει ευρύτερα πρότυπα, η ομάδα του Δαβατζίκου ξεκίνησε μια μελέτη που χρειάστηκε περίπου οκτώ χρόνια για να ολοκληρωθεί και να δημοσιευτεί. Χρησιμοποίησαν μια μέθοδο βαθιάς μάθησης που ονομάζεται Surreal-GAN, η οποία αναπτύχθηκε από τον πρώτο συγγραφέα Zhijian Yang ενώ ήταν μαθητής στο εργαστήριο του Δαβατζίκου. Οι επιστήμονες εκπαίδευσαν τον αλγόριθμο χρησιμοποιώντας μαγνητική τομογραφία εγκεφάλου από 1.150 υγιείς ανθρώπους ηλικίας 20 έως 49 ετών και 8.992 ηλικιωμένους, συμπεριλαμβανομένων πολλών με γνωστικές βλάβες. Αυτό δίδαξε στον αλγόριθμο να αναγνωρίζει επαναλαμβανόμενα χαρακτηριστικά του γερασμένου εγκεφάλου, επιτρέποντάς του να δημιουργήσει ένα εσωτερικό μοντέλο ανατομικών δομών που αλλάζουν ταυτόχρονα, σε αντίθεση με εκείνες που τείνουν να αλλάζουν ανεξάρτητα.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές εφάρμοσαν το μοντέλο που προέκυψε σε μαγνητικές τομογραφίες σχεδόν 50.000 ατόμων που συμμετείχαν σε διάφορες μελέτες σχετικά με τη γήρανση και τη νευρολογική υγεία. Αυτή η ανάλυση παρείχε πέντε διακριτά μοτίβα εγκεφαλικής ατροφίας. Οι επιστήμονες συνέδεσαν διαφορετικούς τύπους εκφυλισμού του εγκεφάλου που σχετίζεται με την ηλικία με συνδυασμούς των πέντε προτύπων, αν και υπήρχαν κάποιες διαφορές μεταξύ των ατόμων με την ίδια πάθηση.

Μοτίβα γήρανσης

Για παράδειγμα, η άνοια και ο πρόδρομός της, η ήπια γνωστική εξασθένηση, είχαν σχέση με τρία από τα πέντε πρότυπα. Είναι ενδιαφέρον ότι οι ερευνητές βρήκαν επίσης στοιχεία ότι τα μοτίβα που εντόπισαν θα μπορούσαν ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν για να αποκαλύψουν την πιθανότητα περαιτέρω εκφυλισμού του εγκεφάλου στο μέλλον. «Αν θέλετε να προβλέψετε τη μετάβαση από μια γνωστικά φυσιολογική κατάσταση στην ήπια γνωστική εξασθένηση, ένα πράγμα ήταν το πιο προφητικό», λέει ο Δαβατζίκος. "Σε μεταγενέστερα στάδια, η προσθήκη ενός δεύτερου [μοτίβου] εμπλουτίζει την πρόβλεψή σας, κάτι που είναι λογικό επειδή αυτό αποτυπώνει την εξάπλωση της παθολογίας." Άλλα πρότυπα σχετίστηκαν με ασθένειες όπως το Πάρκινσον και το Αλτσχάιμερ, καθώς και ένας συνδυασμός τριών προτύπων που ήταν ισχυρά προγνωστικά για τη θνησιμότητα.

Οι συγγραφείς βρήκαν σαφείς συνδέσμους μεταξύ συγκεκριμένων προτύπων ατροφίας του εγκεφάλου και διαφόρων φυσιολογικών και περιβαλλοντικών παραγόντων, συμπεριλαμβανομένης της κατανάλωσης αλκοόλ και του καπνίσματος, καθώς και διαφόρων γενετικών και βιοχημικών υπογραφών που σχετίζονται με την υγεία. Ο Δαβατζίκος λέει ότι αυτά τα αποτελέσματα πιθανότατα αντικατοπτρίζουν τον αντίκτυπο της γενικής σωματικής ευεξίας στη νευρολογική υγεία, καθώς η βλάβη σε άλλα συστήματα οργάνων μπορεί να έχει συνέπειες για τον εγκέφαλο.

Ωστόσο, ο Δαβατζίκος προειδοποιεί ότι η μελέτη «δεν σημαίνει ότι όλα μπορούν να μειωθούν σε πέντε αριθμούς» και η ομάδα του σκοπεύει να εργαστεί με σύνολα δεδομένων που περιλαμβάνουν ένα ευρύτερο φάσμα νευρολογικών ασθενειών και έχουν μεγαλύτερη εθνική και πολιτισμική ποικιλομορφία.