Analiza a aproape 50.000 de scanări ale creierului a relevat cinci modele diferite de atrofie a creierului legate de îmbătrânire și boli neurodegenerative. Analiza a legat, de asemenea, modelele de factori ai stilului de viață, cum ar fi fumatul și consumul de alcool, precum și de markerii genetici și pe bază de sânge asociați cu starea de sănătate și riscul de îmbolnăvire.

Lucrarea este o „capodoperă metodologică” care ar putea avansa semnificativ în înțelegerea cercetătorilor despre îmbătrânire, spune Andrei Irimia, gerontolog la Universitatea din California de Sud din Los Angeles, care nu a fost implicat în lucrare. „Înainte de acest studiu, știam că anatomia creierului se schimbă odată cu îmbătrânirea și boala. Dar capacitatea noastră de a surprinde această interacțiune complexă a fost mult mai modestă”.

Studiul a fost realizat pe 15 augustMedicina Naturiipublicat.

Riduri în creier

Îmbătrânirea poate provoca nu numai părul cărunt, ci și modificări ale anatomiei creierului, care sunt vizibile pe imaginile imagistice prin rezonanță magnetică, unele zone se micșorează sau suferă modificări structurale în timp. Cu toate acestea, aceste transformări sunt subtile. „Ochiul uman nu poate percepe modele de modificări sistematice ale creierului” asociate cu această degradare, spune Christos Davatzikos, specialist în imagistică biomedicală la Universitatea Pennsylvania din Philadelphia și autor al lucrării.

Studiile anterioare au arătat că învățarea automată poate extrage amprentele digitale subtile ale îmbătrânirii din datele RMN. Cu toate acestea, aceste studii au fost adesea limitate ca sferă și au inclus de obicei date de la un număr relativ mic de persoane.

Pentru a identifica modele mai largi, echipa lui Davatzikos a început un studiu care a durat aproximativ opt ani pentru a fi finalizat și publicat. Au folosit o metodă de învățare profundă numită Surreal-GAN, care a fost dezvoltată de primul autor Zhijian Yang în timp ce era student în laboratorul lui Davatzikos. Oamenii de știință au antrenat algoritmul folosind RMN-uri cerebrale de la 1.150 de persoane sănătoase cu vârste cuprinse între 20 și 49 de ani și 8.992 de adulți în vârstă, inclusiv mulți cu deficiențe cognitive. Acest lucru a învățat algoritmul să recunoască caracteristicile recurente ale creierului îmbătrânit, permițându-i să construiască un model intern de structuri anatomice care se schimbă simultan, spre deosebire de cele care tind să se schimbe independent.

Cercetătorii au aplicat apoi modelul rezultat la scanările RMN a aproape 50.000 de persoane care au participat la diferite studii privind îmbătrânirea și sănătatea neurologică. Această analiză a oferit cinci modele discrete de atrofie a creierului. Oamenii de știință au legat diferite tipuri de degenerescență cerebrală legată de vârstă de combinații ale celor cinci modele, deși au existat unele diferențe între persoanele cu aceeași afecțiune.

Tipare de îmbătrânire

De exemplu, demența și precursorul său, deficiența cognitivă ușoară, au avut legături cu trei dintre cele cinci modele. În mod interesant, cercetătorii au găsit, de asemenea, dovezi că modelele pe care le-au identificat ar putea fi utilizate pentru a dezvălui probabilitatea unei degenerări suplimentare a creierului în viitor. „Dacă vrei să prezici tranziția de la o stare cognitivă normală la o deteriorare cognitivă ușoară, un lucru a fost cel mai prevăzător”, spune Davatzikos. „În etapele ulterioare, adăugarea unui al doilea [model] vă îmbogățește predicția, ceea ce are sens, deoarece aceasta surprinde răspândirea patologiei.” Alte modele au fost asociate cu boli precum Parkinson și Alzheimer, precum și o combinație de trei modele care au fost puternic predictive ale mortalității.

Autorii au descoperit legături clare între modelele specifice de atrofie a creierului și diverși factori fiziologici și de mediu, inclusiv consumul de alcool și fumatul, precum și diferite semnături genetice și biochimice asociate cu sănătatea. Davatzikos spune că aceste rezultate reflectă probabil impactul bunăstării fizice generale asupra sănătății neurologice, deoarece deteriorarea altor sisteme de organe poate avea consecințe asupra creierului.

Cu toate acestea, Davatzikos avertizează că studiul „nu înseamnă că totul poate fi redus la cinci numere”, iar echipa sa intenționează să lucreze cu seturi de date care includ o gamă mai largă de boli neurologice și au o mai mare diversitate etnică și culturală.