Fem muligheter for hvordan hjernen kan eldes: 50 000 skanninger viser potensielt skademønster.

Analysen av nesten 50 000 hjerneskanninger har avdekket fem forskjellige prøver av hjerneatrofi i forbindelse med aldring og nevrodegenerative sykdommer. Analysen har også assosiert mønstrene med livsstilsfaktorer som røyking og alkoholforbruk samt genetiske og blodbaserte markører assosiert med helse- og sykdomsrisiko.

Arbeidet er et "metodologisk mesterverk" som kan fremme aldring av aldring av forskere betydelig, sier Andrei Irimia, en gerontolog ved University of South California i Los Angeles, som ikke var involvert i arbeidet. "Før denne studien visste vi at hjerneanatomi endres med aldring og sykdom. Men vår evne til å fange dette komplekse samspillet var langt mer beskjeden."

Studien ble publisert 15. august i Nature Medicine

bretter seg i hjernen

Aldring kan ikke bare forårsake grått hår, men også endringer i hjernen Anatomy som er synlige på magnetiske resonansbilder, med noen områder krymper over tid eller går gjennom strukturelle endringer. Imidlertid er disse transformasjonene subtile. "Det menneskelige øyet er ikke i stand til å oppfatte mønstre av systematiske hjerneforandringer", sier Christos Davatzikos, spesialist i biomedisinsk avbildning ved University of Pennsylvania i Philadelphia og forfatter av Paper.

De tidligere studiene har vist at maskinlæring kan trekke ut de subtile fingeravtrykkene til aldring fra MR -data. Imidlertid var disse studiene ofte begrenset og inkluderte for det meste data fra et relativt lite antall mennesker.

For å identifisere mer langt utprøvingsmønstre, startet Davatzikos -teamet en studie som tok omtrent åtte år å være ferdig og publisert. De brukte en dyp læringsmetode kalt Surreal Gan, som ble utviklet av den første forfatteren Zhijian Yang mens han var student i Davatzikos 'laboratorium. Forskerne trente algoritmen med hjerne -MRT -er av 1150 sunne mennesker mellom 20 og 49 og 8 992 eldre voksne, inkludert mange med kognitive begrensninger. Dette bidro til algoritmen til å gjenkjenne tilbakevendende trekk ved aldrende hjerner, slik at det kunne skape en intern modell av anatomiske strukturer som endres samtidig, i motsetning til de som har en tendens til å endre seg uavhengig.

Forskerne anvendte deretter den resulterende modellen på MR -skanninger på nesten 50 000 mennesker som deltok i forskjellige studier om aldring og nevrologisk helse. Denne analysen ga fem diskrete mønstre av hjerneatrofi. Forskerne koblet forskjellige typer aldersrelatert braingeating med kombinasjoner av de fem mønstrene, selv om det var noen forskjeller mellom mennesker med samme sykdom.

aldringsmønster

For eksempel hadde demens og dens forløper, svak kognitiv svikt,

forbindelser til tre av de fem mønstrene. Interessant nok fant forskerne også indikasjoner på at mønstrene de identifiserer muligens kan brukes for å avdekke sannsynligheten for ytterligere hjernedegenerasjon i fremtiden. "Hvis du vil forutsi overgangen fra en kognitiv normal tilstand til den svake kognitive svikt, var en mest fremover," sier Davatzikos. "I senere stadier beriker tilsetningen av et andre [mønster] dens prediksjon, noe som gir mening fordi dette fanger spredningen av patologien." Andre mønstre var assosiert med sykdommer som Parkinsons og Alzheimers og en kombinasjon av tre mønstre som var sterkt for dødelighet.

Forfatterne fant klare forbindelser mellom visse mønstre av hjerneatrofi og forskjellige fysiologiske og miljømessige faktorer, inkludert alkoholforbruk og røyking, samt forskjellige genetiske og biokjemiske signaturer assosiert med helse. Davatzikos sier at disse resultatene sannsynligvis gjenspeiler effekten av generell fysisk velvære på nevrologisk helse, siden skade på andre organsystemer kan få konsekvenser for hjernen.

Davatzikos advarer imidlertid om at studien "ikke betyr at alt kan reduseres til fem tall" og teamet hans har til hensikt å jobbe med dataregister som inkluderer et bredere spekter av nevrologiske sykdommer og har et større etnisk og kulturelt mangfold.