Analýza takmer 50 000 skenov mozgu odhalila päť rôznych vzorcov mozgovej atrofie spojenej so starnutím a neurodegeneratívnymi ochoreniami. Analýza tiež spájala vzorce s faktormi životného štýlu, ako je fajčenie a konzumácia alkoholu, ako aj s genetickými a krvnými markermi spojenými so zdravotným stavom a rizikom ochorenia.

Práca je „metodologickým majstrovským dielom“, ktoré by mohlo výrazne posunúť pochopenie starnutia výskumníkov, hovorí Andrei Irimia, gerontológ z University of Southern California v Los Angeles, ktorý sa na práci nezúčastnil. "Pred touto štúdiou sme vedeli, že anatómia mozgu sa starnutím a chorobami mení. Ale naša schopnosť zachytiť túto komplexnú interakciu bola oveľa skromnejšia."

Štúdia sa uskutočnila 15. augustaPrírodná medicínazverejnené.

Vrásky v mozgu

Starnutie môže spôsobiť nielen šedivé vlasy, ale aj zmeny v anatómii mozgu, ktoré sú viditeľné na snímkach magnetickej rezonancie, pričom niektoré oblasti sa časom zmenšujú alebo podliehajú štrukturálnym zmenám. Tieto premeny sú však jemné. „Ľudské oko nie je schopné vnímať vzorce systematických zmien mozgu“ spojených s touto degradáciou, hovorí Christos Davatzikos, odborník na biomedicínske zobrazovanie na Pensylvánskej univerzite vo Philadelphii a autor článku.

Predchádzajúce štúdie ukázali, že strojové učenie dokáže extrahovať jemné odtlačky prstov starnutia z údajov MRI. Tieto štúdie však mali často obmedzený rozsah a zvyčajne zahŕňali údaje od relatívne malého počtu ľudí.

Na identifikáciu širších vzorcov začal Davatzikosov tím štúdiu, ktorej dokončenie a zverejnenie trvalo asi osem rokov. Použili metódu hlbokého učenia s názvom Surreal-GAN, ktorú vyvinul prvý autor Zhijian Yang, keď bol študentom v laboratóriu Davatzikos. Vedci trénovali algoritmus pomocou MRI mozgu od 1 150 zdravých ľudí vo veku 20 až 49 rokov a 8 992 starších dospelých, vrátane mnohých s kognitívnymi poruchami. To naučilo algoritmus rozpoznať opakujúce sa znaky starnúcich mozgov, čo mu umožnilo vytvoriť vnútorný model anatomických štruktúr, ktoré sa menia súčasne, na rozdiel od tých, ktoré majú tendenciu meniť sa nezávisle.

Vedci potom použili výsledný model na MRI skeny takmer 50 000 ľudí, ktorí sa zúčastnili rôznych štúdií o starnutí a neurologickom zdraví. Táto analýza poskytla päť samostatných vzorcov atrofie mozgu. Vedci spojili rôzne typy degenerácie mozgu súvisiacej s vekom s kombináciami piatich vzorov, hoci medzi ľuďmi s rovnakým ochorením boli určité rozdiely.

Vzorce starnutia

Napríklad demencia a jej predchodca, mierna kognitívna porucha, mala spojenie s tromi z piatich vzorcov. Je zaujímavé, že vedci tiež našli dôkaz, že vzory, ktoré identifikovali, by mohli byť potenciálne použité na odhalenie pravdepodobnosti ďalšej degenerácie mozgu v budúcnosti. „Ak chcete predpovedať prechod z kognitívne normálneho stavu do mierneho kognitívneho poškodenia, jedna vec bola najprezieravejšia,“ hovorí Davatzikos. "V neskorších fázach pridanie druhého [vzorca] obohatí vašu predpoveď, čo dáva zmysel, pretože to zachytáva šírenie patológie." Ďalšie vzorce súviseli s chorobami, ako je Parkinsonova a Alzheimerova choroba, ako aj s kombináciou troch vzorcov, ktoré silne predpovedali úmrtnosť.

Autori našli jasné súvislosti medzi špecifickými vzormi atrofie mozgu a rôznymi fyziologickými a environmentálnymi faktormi vrátane konzumácie alkoholu a fajčenia, ako aj rôznymi genetickými a biochemickými znakmi spojenými so zdravím. Davatzikos hovorí, že tieto výsledky pravdepodobne odrážajú vplyv všeobecnej fyzickej pohody na neurologické zdravie, pretože poškodenie iných orgánových systémov môže mať dôsledky pre mozog.

Davatzikos však varuje, že štúdia „neznamená, že všetko sa dá zredukovať na päť čísel“ a jeho tím má v úmysle pracovať so súbormi údajov, ktoré zahŕňajú širšiu škálu neurologických ochorení a majú väčšiu etnickú a kultúrnu rozmanitosť.