Сколько лет твоему мозгу на самом деле? Анализ с использованием искусственного интеллекта точно отражает риск снижения когнитивных функций и болезни Альцгеймера.
Человеческий мозг хранит много подсказок о состоянии здоровья человека в долгосрочной перспективе — фактически, исследования показывают, что возраст мозга человека является более полезным и точным предиктором рисков для здоровья и будущих болезней, чем дата его рождения. Теперь новая модель искусственного интеллекта (ИИ), которая анализирует сканирование мозга с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), разработанная исследователями Университета Южной Калифорнии, может быть использована для точного выявления снижения когнитивных функций, связанного с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, намного раньше, чем предыдущие методы.
Старение мозга считается надежным биомаркером риска нейродегенеративных заболеваний. Такой риск возрастает, когда мозг человека проявляет черты, которые кажутся «старше», чем ожидалось для человека его возраста. Используя возможности глубокого обучения новой модели искусственного интеллекта команды для анализа сканов, исследователи могут обнаруживать тонкие маркеры анатомии мозга, которые в противном случае очень трудно обнаружить и которые коррелируют со снижением когнитивных функций . Их результаты, опубликованные во вторник, 2 января, в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , предлагают беспрецедентный взгляд на человеческое познание.
«Наше исследование использует возможности глубокого обучения для выявления областей мозга, которые стареют таким образом, что это отражает снижение когнитивных функций, которое может привести к болезни Альцгеймера», — сказал Андрей Иримия, доцент кафедры геронтологии, биомедицинской инженерии , количественной и вычислительной биологии и неврологии . в Школе геронтологии Леонарда Дэвиса USC и соответствующий автор исследования.
«Люди стареют с разной скоростью, как и типы тканей в организме. Мы знаем это в разговорной речи, когда говорим: «Такому-то сорок лет, но он выглядит на тридцать». То же самое относится и к мозгу. -летний человек может выглядеть таким же «молодым», как мозг тридцатилетнего, или таким же «старым», как мозг шестидесятилетнего».
Более точная альтернатива существующим методам
Иримия и его команда сопоставили МРТ головного мозга 4681 человека с нормальными когнитивными способностями, у некоторых из которых в более позднем возрасте развилось снижение когнитивных функций или болезнь Альцгеймера.
Используя эти данные, они создали модель искусственного интеллекта, называемую нейронной сетью , для прогнозирования возраста участников на основе МРТ их мозга. Во-первых, исследователи обучили сеть создавать подробные анатомические карты мозга, которые выявляют специфические закономерности старения. Затем они сравнили предполагаемый (биологический) возраст мозга с фактическим (хронологическим) возрастом участников исследования. Чем больше разница между ними, тем хуже когнитивные показатели участников, что отражает риск болезни Альцгеймера.
Результаты показывают, что модель группы может предсказать истинный (хронологический) возраст когнитивно нормальных участников со средней абсолютной ошибкой 2,3 года, что примерно на один год точнее, чем существующая, отмеченная наградами модель для оценки возраста мозга, которая использовала Различная архитектура нейронной сети.
«Интерпретируемый ИИ может стать мощным инструментом для оценки риска болезни Альцгеймера и других нейрокогнитивных заболеваний», — сказал Иримия, который также занимает преподавательские должности в Инженерной школе USC Viterbi и Колледже литературы, искусств и наук USC Dornsife. «Чем раньше мы сможем выявить людей с высоким риском развития болезни Альцгеймера, тем раньше клиницисты смогут предложить варианты лечения, мониторинг и управление заболеванием. Что делает ИИ особенно мощным, так это его способность улавливать тонкие и сложные особенности старения по сравнению с другими методами. не могут, и это является ключевым моментом в определении риска человека за много лет до того, как у него разовьется заболевание».
Мозг стареет по-разному в зависимости от пола
Новая модель также выявляет половые различия в том, как старение варьируется в разных областях мозга. Определенные части мозга у мужчин стареют быстрее, чем у женщин, и наоборот.
У мужчин, подверженных более высокому риску двигательных нарушений из-за болезни Паркинсона, происходит более быстрое старение моторной коры головного мозга, области, отвечающей за двигательную функцию. Результаты также показывают, что у женщин типичное старение может происходить относительно медленнее в правом полушарии мозга.
Новая область исследований открывает перспективы для персонализированной медицины
Применение этой работы выходит далеко за рамки оценки риска заболеваний. Irimia представляет себе мир, в котором новые методы глубокого обучения, разработанные в рамках исследования, используются, чтобы помочь людям понять, насколько быстро они стареют в целом.
«Одним из наиболее важных применений нашей работы является ее способность прокладывать путь для индивидуальных вмешательств, направленных на устранение уникальных закономерностей старения каждого человека», — сказал Иримия.
«Многие люди были бы заинтересованы в том, чтобы узнать истинную скорость своего старения. Эта информация могла бы дать нам подсказки о различных изменениях образа жизни или вмешательствах, которые человек мог бы принять для улучшения своего общего состояния здоровья и благополучия. сосредоточенные планы лечения и персонализированные карты старения мозга , которые могут быть интересны людям с различными потребностями и целями в отношении здоровья».
В число авторов исследования входят Фиби Иммс, Анар Амгалан, Нахиан Ф. Чоудхури, Рой Дж. Массетт и Нихил Н. Чаудхари из Школы геронтологии им. Леонарда Дэвиса Университета Южной Калифорнии; и Ченчжун Инь, Минси Ченг, Синхе Чен, Пол М. Томпсон и Пол Богдан из Инженерной школы Университета Южной Калифорнии в Витерби; и коллеги из Инициативы нейровизуализации болезни Альцгеймера.
Теги: Альцгеймер, ИИ, МРТ
