基于AI的新手段有望系統(tǒng)評(píng)估與預(yù)測(cè)抑郁癥
全球有約5%的人患有抑郁障礙。傳統(tǒng)行為學(xué)方法來測(cè)量和評(píng)價(jià)復(fù)雜的精神疾病,容易受人為主觀評(píng)價(jià)的影響??陀^的、更自然及全面的小動(dòng)物抑郁狀態(tài)的測(cè)量和評(píng)價(jià)方法,是研究者們不斷探索的重要方向。
5月25日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院/深港腦科學(xué)創(chuàng)新研究院王立平團(tuán)隊(duì)在《自然》子刊《轉(zhuǎn)化精神病學(xué)》發(fā)表了最新研究成果。研究團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的AI三維精細(xì)動(dòng)物自發(fā)行為分析系統(tǒng),建立了長期天敵壓力及同類社交壓力下動(dòng)物自發(fā)行為圖譜,對(duì)不同壓力應(yīng)激源下抑郁模型小鼠的自發(fā)行為進(jìn)行評(píng)估。
該研究揭示了天敵壓力模型可以在兩性誘導(dǎo)經(jīng)典抑郁樣行為及自發(fā)行為的改變,基于動(dòng)物自發(fā)行為可以區(qū)分不同壓力應(yīng)激源,并且建立了預(yù)測(cè)模型,團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)利用自發(fā)行為可以較好地預(yù)測(cè)部分抑郁樣行為,進(jìn)而對(duì)動(dòng)物抑郁狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估,而抗抑郁藥物氟西汀顯著逆轉(zhuǎn)了抑郁模型小鼠自發(fā)行為特征的變化。
該研究中,深圳先進(jìn)院腦所研究員王立平、副研究員曾渝婷為共同通訊作者,副研究員曾渝婷、助理研究員趙炳皓和助理研究員丁慧為論文的共同第一作者。
AI手段分析動(dòng)物抑郁樣行為
目前,基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)精細(xì)的、高維的動(dòng)物自發(fā)行為進(jìn)行分析引起研究者們的重視,有望為精神疾病的轉(zhuǎn)化研究帶來新的突破。其中,王立平與蔚鵬飛團(tuán)隊(duì)利用前沿的計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),自主研發(fā)了全新的高精度動(dòng)物行為三維重建和自動(dòng)化表型鑒定的新系統(tǒng)Behavior Atlas,該系統(tǒng)創(chuàng)新性地整合了三維行為采集、層次化行為分解以及行為圖譜構(gòu)建技術(shù),并應(yīng)用在自閉癥小鼠疾病模型行為的評(píng)估。
抑郁障礙的發(fā)生發(fā)展源于心理、生物和社會(huì)環(huán)境等多方面因素互作,表現(xiàn)出多種不同的表型。對(duì)“壓力應(yīng)激源-個(gè)體生理心理改變-抑郁表型”進(jìn)行全過程精確完整的解讀,將極大地有利于抑郁癥個(gè)性化診療方案的構(gòu)建,以及抑郁發(fā)生機(jī)制的深入解析。
該研究創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn),天敵壓力和同類社交壓力作為兩種不同的壓力應(yīng)激源,利用傳統(tǒng)抑郁樣行為檢測(cè)范式能夠確定兩種應(yīng)激均誘發(fā)了動(dòng)物的抑郁樣行為。
研究團(tuán)隊(duì)在進(jìn)一步結(jié)合AI精細(xì)自發(fā)行為分析發(fā)現(xiàn),經(jīng)歷不同壓力應(yīng)激后,小鼠表現(xiàn)出的自發(fā)行為存在共性和異質(zhì)性的改變,根據(jù)鑒定出的異質(zhì)性改變能夠較好地對(duì)壓力應(yīng)激源進(jìn)行溯源。
“這表明,通過對(duì)動(dòng)物自發(fā)行為的解析,有望在抑郁障礙的個(gè)性化治療中提供更加完整的病情和病因分析結(jié)果,有助于制定出更加有效的治療方案,提高治療成功率?!闭撐墓餐ㄓ嵶髡咴彐帽硎?。
有望系統(tǒng)評(píng)估抑郁障礙等精神疾病
在動(dòng)物抑郁模型的評(píng)估中,往往通過給予動(dòng)物一些特定任務(wù)的范式來對(duì)抑郁樣行為進(jìn)行評(píng)估,如懸掛小鼠尾巴后通過人工計(jì)算小鼠放棄掙扎的時(shí)間,來定性定量小鼠的絕望行為,給予小鼠糖水和普通水,以檢測(cè)小鼠是否更偏愛糖水來定性定量小鼠是否存在快感缺乏,這些經(jīng)典的范式極大推動(dòng)了精神疾病機(jī)制研究并應(yīng)用于藥物評(píng)價(jià)。
但隨著抑郁癥機(jī)制解析的愈發(fā)深入,以及高精度先進(jìn)神經(jīng)記錄和調(diào)控技術(shù)的豐富,傳統(tǒng)行為學(xué)逐漸難以適用于復(fù)雜的機(jī)制解析過程,例如難以匹配近些年發(fā)展的高時(shí)空分辨率的大腦動(dòng)態(tài)變化研究,且指標(biāo)單一,難以匹配全面細(xì)致理解精神疾病發(fā)生發(fā)展的需求,難以適用于精確醫(yī)療中個(gè)性化藥物的研發(fā)需求。
在此研究中,王立平團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)行為學(xué)檢測(cè)到的抑郁樣行為與多個(gè)自發(fā)行為特征存在相關(guān)性,進(jìn)一步建立了線性預(yù)測(cè)模型發(fā)現(xiàn)通過小鼠的自發(fā)行為可以較好地預(yù)測(cè)小鼠的部分抑郁樣行為,指出自發(fā)行為分析有預(yù)測(cè)抑郁樣行為的潛力,此外自發(fā)行為分析得到的比例、轉(zhuǎn)換、時(shí)序變化等海量信息,還為抑郁樣行為的評(píng)估提供了更加豐富的參考指標(biāo)。
研究也發(fā)現(xiàn),在造模時(shí)給予抗抑郁藥氟西汀能夠較好地逆轉(zhuǎn)天敵壓力造成的雌性和雄性小鼠自發(fā)行為變化。因此,基于機(jī)器學(xué)習(xí)解讀高度復(fù)雜的、自然狀態(tài)下的動(dòng)物行為,在精神疾病的機(jī)制解析、臨床前動(dòng)物模型評(píng)價(jià)及新藥研發(fā)篩選方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
“該研究也提示,基于AI的精細(xì)自發(fā)行為分析為神經(jīng)精神疾病研究提供了一種客觀的、全面且精細(xì)的評(píng)價(jià)方法,有望應(yīng)用于抑郁障礙等精神疾病的系統(tǒng)評(píng)估、機(jī)制研究和藥物篩選?!闭撐墓餐ㄓ嵶髡咄趿⑵奖硎?。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41398-023-02481-8
來源:中國科學(xué)報(bào)


本文系作者 @TIMEDOO 原創(chuàng)發(fā)布在 肽度TIMEDOO。未經(jīng)許可,禁止轉(zhuǎn)載。