Ένα νέο μοντέλο Τεχνητής Νοημοσύνης μετρά πόσο γρήγορα γερνάει ο εγκέφαλος ενός ασθενούς και θα μπορούσε να αποτελέσει ένα νέο ισχυρό εργαλείο για την κατανόηση, την πρόληψη και τη θεραπεία της γνωστικής παρακμής και της άνοιας, σύμφωνα με ερευνητές του USC.
Το πρώτο στο είδος του εργαλείο μπορεί να παρακολουθεί μη επεμβατικά τον ρυθμό των αλλαγών στον εγκέφαλο αναλύοντας μαγνητικές τομογραφίες (MRI). Η ταχύτερη γήρανση του εγκεφάλου συσχετίζεται στενά με υψηλότερο κίνδυνο γνωστικής εξασθένησης, δήλωσε ο Andrei Irimia, αναπληρωτής καθηγητής γεροντολογίας, βιοϊατρικής μηχανικής, ποσοτικής και υπολογιστικής βιολογίας και νευροεπιστήμης στη Σχολή Γεροντολογίας Leonard Davis του USC και επισκέπτης αναπληρωτής καθηγητής ψυχολογικής ιατρικής στο King's College του Λονδίνου.
Πρόκειται για μια νέα μέτρηση που θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο παρακολουθούμε την υγεία του εγκεφάλου τόσο στο ερευνητικό εργαστήριο όσο και στην κλινική. Το να γνωρίζει κανείς πόσο γρήγορα γερνάει ο εγκέφαλός του μπορεί να είναι ισχυρό.
Η βιολογική ηλικία διαφέρει από τη χρονολογική ηλικία ενός ατόμου. Δύο άνθρωποι που έχουν την ίδια ηλικία με βάση την ημερομηνία γέννησής τους μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικές βιολογικές ηλικίες λόγω του πόσο καλά λειτουργεί το σώμα τους και πόσο «γέροι» φαίνονται οι ιστοί του σώματος σε κυτταρικό επίπεδο.
Ορισμένες κοινές μετρήσεις της βιολογικής ηλικίας χρησιμοποιούν δείγματα αίματος για τη μέτρηση της επιγενετικής γήρανσης και της μεθυλίωσης του DNA, η οποία επηρεάζει τους ρόλους των γονιδίων στο κύτταρο. Ωστόσο, η μέτρηση της βιολογικής ηλικίας από δείγματα αίματος είναι μια φτωχή στρατηγική για τη μέτρηση της ηλικίας του εγκεφάλου.
Ο φραγμός μεταξύ του εγκεφάλου και της κυκλοφορίας του αίματος εμποδίζει τα κύτταρα του αίματος να περάσουν στον εγκέφαλο, με αποτέλεσμα ένα δείγμα αίματος από το χέρι κάποιου να μην αντικατοπτρίζει άμεσα τη μεθυλίωση και άλλες διαδικασίες που σχετίζονται με τη γήρανση στον εγκέφαλο. Αντίθετα, η λήψη δείγματος απευθείας από τον εγκέφαλο ενός ασθενούς είναι μια πολύ πιο επεμβατική διαδικασία, καθιστώντας ανέφικτη τη μέτρηση της μεθυλίωσης του DNA και άλλων πτυχών της γήρανσης του εγκεφάλου απευθείας από ζωντανά ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα.
Προηγούμενη έρευνα του Irimia και των συνεργατών του ανέδειξε τις δυνατότητες των μαγνητικών τομογραφιών για τη μη επεμβατική μέτρηση της βιολογικής ηλικίας του εγκεφάλου. Το προηγούμενο μοντέλο χρησιμοποίησε AI ανάλυση για να συγκρίνει την ανατομία του εγκεφάλου ενός ασθενούς με δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από τις μαγνητικές τομογραφίες χιλιάδων ανθρώπων διαφόρων ηλικιών και γνωστικών αποτελεσμάτων υγείας.
Ωστόσο, ο διατομεακός χαρακτήρας της ανάλυσης μιας μαγνητικής τομογραφίας για την εκτίμηση της ηλικίας του εγκεφάλου είχε σημαντικούς περιορισμούς, είπε. Ενώ το προηγούμενο μοντέλο μπορούσε, για παράδειγμα, να πει αν ο εγκέφαλος ενός ασθενούς ήταν δέκα χρόνια «μεγαλύτερος» από την ημερολογιακή του ηλικία, δεν μπορούσε να παράσχει πληροφορίες σχετικά με το αν αυτή η πρόσθετη γήρανση συνέβη νωρίτερα ή αργότερα στη ζωή του, ούτε μπορούσε να υποδείξει αν η γήρανση του εγκεφάλου επιταχύνεται.
Ένα νεοαναπτυγμένο τρισδιάστατο νευρωνικό δίκτυο συνελικτικής ανάλυσης (3D-CNN) προσφέρει έναν πιο ακριβή τρόπο μέτρησης του τρόπου γήρανσης του εγκεφάλου με την πάροδο του χρόνου. Το μοντέλο που δημιουργήθηκε σε συνεργασία με τον Paul Bogdan, αναπληρωτή καθηγητή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών και κάτοχο της έδρας Jack Munushian Early Career Chair στη Σχολή Μηχανικών Viterbi του USC, εκπαιδεύτηκε και επικυρώθηκε σε περισσότερες από 3.000 μαγνητικές τομογραφίες νοητικά φυσιολογικών ενηλίκων.
Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές διατομικές προσεγγίσεις, οι οποίες εκτιμούν την ηλικία του εγκεφάλου από μία σάρωση σε μία μόνο χρονική στιγμή, αυτή η διαχρονική μέθοδος συγκρίνει σαρώσεις MRI αρχικής και επόμενης παρακολούθησης από το ίδιο άτομο. Ως αποτέλεσμα, εντοπίζει με μεγαλύτερη ακρίβεια τις νευροανατομικές αλλαγές που συνδέονται με επιταχυνόμενη ή επιβραδυνόμενη γήρανση. Το 3D-CNN παράγει επίσης ερμηνεύσιμους «χάρτες αβελτηρίας», οι οποίοι υποδεικνύουν τις συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου που είναι πιο σημαντικές για τον προσδιορισμό του ρυθμού γήρανσης.
Όταν εφαρμόστηκε σε μια ομάδα 104 γνωστικά υγιών ενηλίκων και 140 ασθενών με νόσο Alzheimer, οι υπολογισμοί του νέου μοντέλου για την ταχύτητα γήρανσης του εγκεφάλου συσχετίστηκαν στενά με τις αλλαγές στις δοκιμασίες γνωστικής λειτουργίας που δόθηκαν και στις δύο χρονικές στιγμές.
Η ευθυγράμμιση αυτών των μετρήσεων με τα αποτελέσματα των γνωστικών δοκιμασιών δείχνει ότι το πλαίσιο μπορεί να χρησιμεύσει ως πρώιμος βιοδείκτης της νευρογνωστικής παρακμής. Επιπλέον, αποδεικνύεται η εφαρμοσιμότητά του τόσο σε γνωστικά φυσιολογικά άτομα όσο και σε άτομα με γνωστική εξασθένιση.
Πρόσθεσε ότι το μοντέλο έχει τη δυνατότητα να χαρακτηρίζει καλύτερα τόσο την υγιή γήρανση όσο και την πορεία των ασθενειών και ότι η προβλεπτική του δύναμη θα μπορούσε μια μέρα να εφαρμοστεί για την αξιολόγηση των θεραπειών που θα ήταν πιο αποτελεσματικές με βάση τα ατομικά χαρακτηριστικά.
Οι ρυθμοί γήρανσης του εγκεφάλου συσχετίζονται σημαντικά με τις αλλαγές στη γνωστική λειτουργία. Έτσι, αν έχετε υψηλό ποσοστό γήρανσης του εγκεφάλου, είναι πιο πιθανό να έχετε υψηλό ποσοστό υποβάθμισης της γνωστικής λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένης της μνήμης, της εκτελεστικής ταχύτητας, της εκτελεστικής λειτουργίας και της ταχύτητας επεξεργασίας. Δεν είναι μόνο ένα ανατομικό μέτρο- οι αλλαγές που βλέπουμε στην ανατομία σχετίζονται με τις αλλαγές που βλέπουμε στη νόηση αυτών των ατόμων
Στη μελέτη, η Irimia και οι συν-συγγραφείς σημειώνουν επίσης πώς το νέο μοντέλο ήταν σε θέση να διακρίνει διαφορετικούς ρυθμούς γήρανσης σε διάφορες περιοχές του εγκεφάλου. Η εμβάθυνση σε αυτές τις διαφορές -συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο ποικίλλουν με βάση τη γενετική, το περιβάλλον και τους παράγοντες του τρόπου ζωής- θα μπορούσε να προσφέρει πληροφορίες για το πώς αναπτύσσονται διαφορετικές παθολογίες στον εγκέφαλο.
Η μελέτη έδειξε επίσης ότι ο ρυθμός γήρανσης του εγκεφάλου σε ορισμένες περιοχές διαφέρει μεταξύ των δύο φύλων, γεγονός που θα μπορούσε να ρίξει φως στο γιατί οι άνδρες και οι γυναίκες αντιμετωπίζουν διαφορετικούς κινδύνους για νευροεκφυλιστικές διαταραχές, συμπεριλαμβανομένης της νόσου Alzheimer.
Ο Irimia δήλωσε ότι είναι επίσης ενθουσιασμένος με τη δυνατότητα του νέου μοντέλου να εντοπίζει άτομα με ταχύτερη από τη φυσιολογική γήρανση του εγκεφάλου πριν εμφανίσουν συμπτώματα γνωστικής εξασθένησης. Αν και έχουν εισαχθεί νέα φάρμακα που στοχεύουν στη νόσο Alzheimer, η αποτελεσματικότητά τους ήταν μικρότερη από ό,τι ήλπιζαν οι ερευνητές και οι γιατροί, ενδεχομένως επειδή οι ασθενείς μπορεί να μην ξεκινούν το φάρμακο μέχρι να υπάρχει ήδη μεγάλη παθολογία της νόσου Alzheimer στον εγκέφαλο.
Ένα πράγμα για το οποίο ενδιαφέρεται πολύ το εργαστήριό μου είναι η εκτίμηση του κινδύνου για τη νόσο Alzheimer- θα θέλαμε μια μέρα να είμαστε σε θέση να πούμε: «Αυτή τη στιγμή, φαίνεται ότι αυτό το άτομο έχει 30% κίνδυνο για τη νόσο Alzheimer». Νομίζω ότι αυτού του είδους η μέτρηση θα είναι πολύ χρήσιμη για την παραγωγή μεταβλητών που είναι προγνωστικές και μπορούν να βοηθήσουν στην πρόβλεψη του κινδύνου εμφάνισης του Alzheimer. Αυτό θα ήταν πραγματικά ισχυρό, ειδικά καθώς αρχίζουμε να αναπτύσσουμε πιθανά φάρμακα για την πρόληψη.
[via]
