Eρευνητές ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή μέθοδο για την παρακολούθηση του ρυθμού γήρανσης του εγκεφάλου χρησιμοποιώντας μοντέλα μάθησης τεχνητής νοημοσύνης και μαγνητικές τομογραφίες.
Σύμφωνα με την έρευνα που πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια και δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση «Proceedings of the National Academy of Sciences», η μέθοδος αυτή θα μπορούσε να αποτελέσει ένα νέο ισχυρό εργαλείο για την κατανόηση, την πρόληψη και τη θεραπεία της γνωστικής παρακμής και της άνοιας, σύμφωνα με τους ερευνητές του πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας.
Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα τρισδιάστατο συνελικτικό νευρωνικό δίκτυο (3D-CNN) για να υπολογίσουν τον ρυθμό γήρανσης του εγκεφάλου, προσφέροντας έναν πιο ακριβή τρόπο παρακολούθησης της υγείας του εν λόγω οργάνου σε σύγκριση με τις υπάρχουσες μεθόδους. Αυτή η νέα προσέγγιση αξιολογεί τον ρυθμό γήρανσης και παρέχει σημαντικές πληροφορίες για την πορεία της γνωστικής υγείας ενός ατόμου. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει στην αναγνώριση των ατόμων που διατρέχουν κίνδυνο εμφάνισης γνωστικής έκπτωσης και νευροεκφυλιστικών ασθενειών όπως η άνοια.
«Αυτή είναι μια καινοτόμος μέθοδος μέτρησης που θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο που παρακολουθούμε την υγεία του εγκεφάλου τόσο στο εργαστήριο όσο και στην κλινική» δήλωσε ο Αντρέι Ιρίμια, αναπληρωτής καθηγητής στην Σχολή Γεροντολογίας Leonard Davis του πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας.
Γιατί η χρονολογική ηλικία δεν δίνει την πλήρη εικόνα
Ενώ η χρονολογική ηλικία είναι η ίδια για όλους όσους γεννήθηκαν την ίδια ημερομηνία, η βιολογική ηλικία μπορεί να διαφέρει σημαντικά από άτομο σε άτομο. Το σώμα και ο εγκέφαλος ορισμένων ανθρώπων γερνούν πιο γρήγορα ή πιο αργά απ’ ό,τι θα υπέδειχνε η ημερομηνία γέννησής τους.
Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες μπορούσαν να εκτιμήσουν την «ηλικία του εγκεφάλου» ενός ατόμου από μια μόνο μαγνητική τομογραφία (MRI), αλλά αυτό παρείχε μόνο μια στατική εικόνα των συσσωρευμένων επιδράσεων γήρανσης από τη γέννηση. Η νέα μέθοδος πηγαίνει ένα βήμα παραπέρα, μετρώντας τον ρυθμό της γήρανσης του εγκεφάλου, προσφέροντας πιο ουσιαστικές πληροφορίες για την τρέχουσα πορεία της υγείας του εγκεφάλου ενός ατόμου.
Η ομάδα εκπαίδευσε το μοντέλο τους με μαγνητικές τομογραφίες από πάνω από 3.000 άτομα, συμπεριλαμβανομένων υγιών ενηλίκων και ασθενών με Αλτσχάιμερ. Το μοντέλο κατάφερε να προβλέψει τις αλλαγές στην ηλικία του εγκεφάλου με εντυπωσιακή ακρίβεια, ξεπερνώντας σημαντικά τις συμβατικές μεθόδους.
Πώς διαφέρει η γήρανση του εγκεφάλου μεταξύ των ανθρώπων
Η ομάδα συνδύασε το μοντέλο της με μια ειδική προσέγγιση προκειμένου να χαρτογραφήσει ποιες περιοχές του εγκεφάλου γερνούσαν πιο γρήγορα σε διαφορετικές ομάδες ανθρώπων. Αυτό έδειξε ενδιαφέρουσες διαφορές στα πρότυπα γήρανσης μεταξύ ανδρών και γυναικών, σε διαφορετικές δεκαετίες της ζωής και μεταξύ ανθρώπων με φυσιολογικές γνωστικές ικανότητες και ανθρώπων με γνωστικές διαταραχές.
Οι πιο αξιοσημείωτες αλλαγές στις γυναίκες παρατηρήθηκαν στη δεξιά πλευρά της προκεντρικής έλικας, της μετακεντρικής έλικας, της προκοιλιακής έλικας, των ανώτερων βρεγματικών λοβών και των παρακεντρικών λοβών. Στους άνδρες, οι περισσότερες αλλαγές που εμφάνισαν, σχετίζονταν με τη γήρανση στην αριστερή εγκάρσια μετωποπολική έλικα, στη δεξιά υπερμαγνητική έλικα, στην υποκεντρική έλικα και σε τμήματα της φλοιώδους έλικας.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι οι άνθρωποι που διανύουν τη δεκαετία των 50 εμφάνιζαν διαφορετικά πρότυπα γήρανσης του εγκεφάλου σε σύγκριση με εκείνους που διένυαν τη δεκαετία των 70. Τα νεότερα άτομα παρουσίασαν μεγαλύτερη γήρανση στον αριστερό πλάγιο κροταφικό λοβό και στον δεξιό μέσο ινιακό λοβό, ενώ τα άτομα που ήταν 70 ετών παρουσίασαν επιταχυνόμενη γήρανση στη δεξιά κεντρική και μετακεντρική έλικα και στην αριστερή φλοιώδη έλικα.
Ο ρυθμός γήρανσης ρίχνει φως στη νόσο Αλτσχάιμερ
Η ομάδα διαπίστωσε πως οι εκτιμήσεις της για τον ρυθμό γήρανσης συσχετίζονταν σημαντικά με τις αλλαγές στα αποτελέσματα των γνωστικών τεστ σε πολλούς τομείς. Άτομα των οποίων ο εγκέφαλος γερνούσε ταχύτερα από το αναμενόμενο, παρουσίαζαν συνήθως μεγαλύτερη απώλεια μνήμης και βλάβη στη λειτουργία εκτελεστικών ικανοτήτων με την πάροδο του χρόνου.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η μέτρηση του ρυθμού γήρανσης μπορεί να βοηθήσει στην πρόβλεψη των ατόμων που κινδυνεύουν να αναπτύξουν γνωστική εξασθένηση. Μεταξύ των συμμετεχόντων, 31 διαγνώστηκαν με γνωστική εξασθένηση μετά την παρακολούθηση με MRI, ενώ 211 παρέμειναν γνωστικά φυσιολογικοί. Ο ρυθμός γήρανσης ήταν σημαντικά υψηλότερος σε εκείνους που ανέπτυξαν αργότερα εξασθένηση και συσχετίστηκε με την ταχύτητα με την οποία εξελίχθηκε η νόσος.
Ένα μοντέλο για το μέλλον της υγείας του εγκεφάλου
Ο Ιρίμια δήλωσε ενθουσιασμένος για τις δυνατότητες του νέου μοντέλου να εντοπίζει τα άτομα με ταχύτερη από το φυσιολογικό γήρανση του εγκεφάλου πριν εμφανίσουν συμπτώματα γνωστικής εξασθένησης.
«Ένα πράγμα που μας ενδιαφέρει πολύ στο εργαστήριό μου είναι η εκτίμηση του κινδύνου για το Αλτσχάιμερ· θα θέλαμε κάποια μέρα να μπορούμε να πούμε: ‘Αυτή τη στιγμή, φαίνεται πως αυτό το άτομο έχει 30% κίνδυνο για Αλτσχάιμερ.’ Δεν έχουμε φτάσει εκεί ακόμα, αλλά δουλεύουμε πάνω σε αυτό», είπε ο ερευνητής.
Η μελέτη έδειξε ότι ο ρυθμός γήρανσης του εγκεφάλου σε ορισμένες περιοχές διαφέρει μεταξύ των δύο φύλων, γεγονός που μπορεί να βοηθήσει στον προσδιορισμό των λόγων για τους οποίους οι άνδρες και οι γυναίκες αντιμετωπίζουν διαφορετικούς κινδύνους για νευροεκφυλιστικές διαταραχές, συμπεριλαμβανομένης της νόσου Αλτσχάιμερ.
Οι ερευνητές αναγνωρίζουν ότι η προσέγγισή τους είναι περιορισμένη λόγω του μεγέθους του δείγματος και προτείνουν ότι μελλοντικές μελέτες με μεγαλύτερα και πιο ποικιλόμορφα δείγματα θα μπορούσαν να βελτιώσουν την απόδοση του μοντέλου σε διαφορετικούς πληθυσμούς.
Πηγή: Deep learning to quantify the pace of brain aging in relation to neurocognitive changes
