Ученые показали, что старение мозга может идти 5 разные путями
Анализ сканов мозга почти почти 50 000 человек выявил пять различных моделей атрофии мозга, связанных со старением и нейродегенеративными заболеваниями. Анализ связал эти модели с факторами образа жизни, такими как курение и употребление алкоголя, а также с генетическими маркерами, связанными с состоянием здоровья и риском заболеваний. Исследование опубликовано в журнале Nature Medicine.
Морщины на мозге
Старение может вызывать не только седые волосы, но и изменения в анатомии мозга, которые видны на снимках магнитно-резонансной томографии (МРТ). При этом некоторые области сморщиваются или претерпевают структурные изменения. Но эти изменения едва заметны. «Человеческий глаз не способен заметить закономерности систематических изменений мозга», говорит соавтор работы Христос Давацикос.
Предыдущие исследования показали, что методы машинного обучения могут извлекать едва заметные следы старения из данных МРТ. Но эти исследования часто были ограничены по объему и большинство включали данные относительно небольшого числа людей.
Чтобы выявить более широкие закономерности, команда Давацикоса приступила к исследованию, на завершение и публикацию которого ушло около восьми лет. Они использовали метод глубокого обучения под названием Surreal-GAN, который был разработан первым автором работы Чжицзянем Яном. Ученые обучили алгоритм на МРТ-снимках мозга 1150 здоровых людей в возрасте от 20 до 49 лет и 8992 пожилых людей, многие из которых испытывали снижение когнитивных способностей.
Это научило алгоритм распознавать повторяющиеся особенности стареющего мозга, и позволило ему создать внутреннюю модель анатомических структур, которые, как правило, изменяются одновременно, по сравнению с теми, которые, как правило, изменяются независимо.
Затем исследователи применили полученную модель к МРТ-сканам почти 50 000 человек, участвовавших в различных исследованиях старения и неврологического здоровья. Этот анализ дал пять разных моделей атрофии мозга. .
Модели старения
Деменция и предшествующее ей легкое когнитивное нарушение, были связаны с тремя из пяти моделей. Исследователи также нашли доказательства того, что выявленные ими модели потенциально могут быть использованы для выявления вероятности большей дегенерации мозга в будущем. «Если вы хотите предсказать прогрессирование от когнитивно нормального состояния до легкого когнитивного нарушения, одна из моделей дает наиболее точный прогноз», — говорит Давацикос. Другие модели были связаны с такими состояниями, как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, и одна из комбинаций из трех шаблонов давала прогноз резкого повышения риска смерти.
Авторы обнаружили четкие связи между определенными моделями атрофии мозга и различными физиологическими и экологическими факторами, включая употребление алкоголя и курение, различные генетические и биохимические сигнатуры, связанными со здоровьем. Давацикос говорит, что эти результаты, вероятно, отражают влияние общего физического благополучия на неврологическое здоровье, поскольку повреждение других органов может иметь последствия для мозга.
Давацикос предупреждает, что исследование «не означает, что все можно свести к пяти числам», и его команда будет продолжать работу с наборами данных, которые включают более широкий спектр неврологических состояний.