Viisi mahdollisuutta siitä, kuinka aivot voivat ikääntyä: 50 000 skannaa on mahdollinen vahinkokuvio.

Lähes 50 000 aivoskannauksen analyysi on paljastanut viisi erilaista aivojen surkastumisen näytettä ikääntymisen ja neurodegeneratiivisten sairauksien yhteydessä. Analyysi on myös yhdistänyt malleja elämäntapatekijöihin, kuten tupakointiin ja alkoholin kulutukseen sekä terveyteen ja sairauksiin liittyvät geneettiset ja veripohjaiset markkerit.

Teos on "metodologinen mestariteos", joka voisi merkittävästi edistää tutkijoiden ikääntymistä, sanoo Los Angelesin Etelä -Kalifornian yliopiston gerontologi Andrei Irimia, joka ei ollut mukana työssä. "Ennen tätä tutkimusta tiesimme, että aivojen anatomia muuttuu ikääntymisen ja sairauden myötä. Mutta kykymme kaapata tämä monimutkainen vuorovaikutus oli paljon vaatimattomampi."

Tutkimus julkaistiin 15. elokuuta Nature Medicine

taittuu aivoissa

Ikääntyminen ei voi vain aiheuttaa harmaita hiuksia, vaan myös muutoksia aivojen anatomiaan, jotka ovat näkyvissä magneettikuvauskuvien kuvissa, ja jotkut alueet kutistuvat ajan myötä tai käyvät läpi rakenteellisia muutoksia. Nämä muutokset ovat kuitenkin hienovaraisia. "Ihmisen silmä ei kykene havaitsemaan systemaattisten aivojen muutosten malleja", sanoo Christos Davatzikos, Philadelphian Pennsylvanian yliopiston biolääketieteellisen kuvantamisen asiantuntija ja paperin kirjoittaja.

Aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että koneoppiminen voi purkaa ikääntymisen hienovaraiset sormenjäljet ​​MRI -tiedoista. Nämä tutkimukset olivat kuitenkin usein rajoitettuja ja sisälsivät enimmäkseen tietoja suhteellisen pienestä määrästä ihmisiä.

Tunnistaakseen enemmän kauaskantoisia malleja Davatzikos -tiimi aloitti tutkimuksen, joka kesti noin kahdeksan vuotta valmistumisen ja julkaisemisen. He käyttivät syvän oppimismenetelmää nimeltään Surreal Gan, jonka kehitti ensimmäinen kirjailija Zhijian Yang, kun hän oli Datzikosin laboratoriossa opiskelija. Tutkijat kouluttivat algoritmia aivojen MRT: llä, joiden ikä oli 1 150 vuotta 20–49 ja 8 992 vanhempaa aikuista, mukaan lukien monet kognitiivisilla rajoituksilla. Tämä vaikutti algoritmiin tunnistamaan ikääntyvien aivojen toistuvat piirteet, jotta se voisi luoda sisäisen mallin anatomisista rakenteista, jotka muuttuvat samanaikaisesti, toisin kuin ne, jotka yleensä muuttuvat itsenäisesti.

Tutkijat sovelsivat sitten tuloksena olevaa mallia lähes 50 000 ihmisen MRI -skannauksiin, jotka osallistuivat erilaisiin ikääntymiseen ja neurologiseen terveyteen liittyviin tutkimuksiin. Tämä analyysi tarjosi viisi erillistä aivojen surkastumismallia. Tutkijat yhdistivät erityyppisiä ikään liittyvää braingeating -yhdistelmää viiden mallin yhdistelmiin, vaikka saman sairauden välillä oli joitain eroja.

ikääntymisen malli

​​yhdisteitä kolmeen viidestä kuviosta. Mielenkiintoista on, että tutkijat löysivät myös merkinnät siitä, että heidän tunnistamiaan malleja voidaan mahdollisesti käyttää paljastamaan tulevaisuuden aivojen rappeutumisen todennäköisyys. "Jos haluat ennustaa siirtymisen kognitiivisesti normaalista tilasta pieneen kognitiiviseen heikentymiseen, yksi oli eniten eteenpäin", Datitzikos sanoo. "Myöhemmissä vaiheissa toisen [kuvion] lisääminen rikastuttaa sen ennustetta, mikä on järkevää, koska tämä vangitsee patologian leviämisen." Muita malleja liittyi sairauksiin, kuten Parkinsonin ja Alzheimerin, ja kolmen kuvion yhdistelmä, jotka olivat voimakkaasti kuolleisuuden kannalta.

Kirjailijat löysivät selkeät yhteydet aivojen surkastumismallien ja erilaisten fysiologisten ja ympäristötekijöiden, kuten alkoholin kulutuksen ja tupakoinnin, sekä erilaisten terveyteen liittyvien geneettisten ja biokemiallisten allekirjoitusten välillä. Davatzikos sanoo, että nämä tulokset heijastavat todennäköisesti yleisen fyysisen kaivon vaikutuksia neurologiseen terveyteen, koska muiden elinjärjestelmien vaurioilla voi olla vaikutuksia aivoihin.

Davatzikos kuitenkin varoittaa, että tutkimus "ei tarkoita, että kaikki voidaan vähentää viiteen lukuun" ja hänen tiiminsä aikoo työskennellä tietorekisterien kanssa, jotka sisältävät laajemman valikoiman neurologisia sairauksia ja joilla on suurempi etninen ja kulttuurinen monimuotoisuus.