Analiza gotovo 50.000 snimaka mozga otkrila je pet različitih obrazaca atrofije mozga povezanih sa starenjem i neurodegenerativnim bolestima. Analiza je također povezala obrasce s čimbenicima načina života kao što su pušenje i konzumacija alkohola, kao i s genetskim i krvnim markerima povezanim sa zdravstvenim stanjem i rizikom od bolesti.

Rad je "metodološko remek-djelo" koje bi moglo značajno unaprijediti istraživačko razumijevanje starenja, kaže Andrei Irimia, gerontolog sa Sveučilišta Južne Kalifornije u Los Angelesu koji nije bio uključen u rad. "Prije ove studije znali smo da se anatomija mozga mijenja sa starenjem i bolešću. Ali naša sposobnost da uhvatimo ovu složenu interakciju bila je daleko skromnija."

Istraživanje je provedeno 15. kolovoza uPrirodna medicinaobjavljeno.

Bore u mozgu

Starenje može uzrokovati ne samo sijedu kosu, već i promjene u anatomiji mozga koje su vidljive na slikama magnetske rezonancije, pri čemu se neka područja smanjuju ili prolaze kroz strukturne promjene tijekom vremena. Međutim, ove transformacije su suptilne. "Ljudsko oko nije u stanju uočiti obrasce sustavnih moždanih promjena" povezanih s ovom degradacijom, kaže Christos Davatzikos, stručnjak za biomedicinske slike na Sveučilištu Pennsylvania u Philadelphiji i autor rada.

Prethodne studije su pokazale da strojno učenje može izdvojiti suptilne otiske prstiju starenja iz MRI podataka. Međutim, te su studije često bile ograničenog opsega i obično su uključivale podatke relativno malog broja ljudi.

Kako bi identificirao šire obrasce, Davatzikosov tim započeo je studiju za koju je trebalo oko osam godina da se završi i objavi. Koristili su metodu dubokog učenja nazvanu Surreal-GAN, koju je razvio prvi autor Zhijian Yang dok je bio student u Davatzikosovom laboratoriju. Znanstvenici su uvježbali algoritam koristeći magnetsku rezonancu mozga 1150 zdravih ljudi u dobi od 20 do 49 godina i 8992 starije odrasle osobe, uključujući mnoge s kognitivnim oštećenjima. Ovo je naučilo algoritam prepoznati ponavljajuće značajke starenja mozga, što mu je omogućilo da izgradi interni model anatomskih struktura koje se mijenjaju istovremeno, za razliku od onih koje imaju tendenciju da se mijenjaju neovisno.

Istraživači su zatim primijenili dobiveni model na MRI skeniranje gotovo 50.000 ljudi koji su sudjelovali u raznim studijama o starenju i neurološkom zdravlju. Ova analiza je dala pet diskretnih obrazaca atrofije mozga. Znanstvenici su povezali različite vrste degeneracije mozga povezane sa starenjem s kombinacijama pet obrazaca, iako su postojale neke razlike između ljudi s istim stanjem.

Obrasci starenja

Na primjer, demencija i njezin prethodnik, blago kognitivno oštećenje, bili su povezani s tri od pet obrazaca. Zanimljivo je da su istraživači također pronašli dokaze da bi obrasci koje su identificirali potencijalno mogli biti korišteni za otkrivanje vjerojatnosti daljnje degeneracije mozga u budućnosti. "Ako želite predvidjeti prijelaz iz kognitivno normalnog stanja u blago kognitivno oštećenje, jedna je stvar bila najpredvidivija", kaže Davatzikos. "U kasnijim fazama, dodavanje drugog [uzorka] obogaćuje vaše predviđanje, što ima smisla jer ovo bilježi širenje patologije." Drugi obrasci bili su povezani s bolestima kao što su Parkinsonova i Alzheimerova bolest, kao i kombinacija triju obrazaca koji su snažno predviđali smrtnost.

Autori su otkrili jasne veze između specifičnih obrazaca atrofije mozga i raznih fizioloških i okolišnih čimbenika, uključujući konzumaciju alkohola i pušenje, kao i različite genetske i biokemijske potpise povezane sa zdravljem. Davatzikos kaže da ovi rezultati vjerojatno odražavaju utjecaj općeg tjelesnog blagostanja na neurološko zdravlje, jer oštećenje drugih organskih sustava može imati posljedice na mozak.

Međutim, Davatzikos upozorava da studija "ne znači da se sve može svesti na pet brojeva", a njegov tim namjerava raditi sa skupovima podataka koji uključuju širi raspon neuroloških bolesti i imaju veću etničku i kulturnu raznolikost.