一項(xiàng)對(duì)近5萬(wàn)份腦部掃描的分析，揭示了與衰老和神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的5種不同的腦萎縮模式。該分析還將這些模式與吸煙和飲酒等生活方式因素，以及與健康狀況和疾病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的遺傳和血液標(biāo)志物聯(lián)系起來(lái)。研究結(jié)果為開發(fā)神經(jīng)退行性疾病早期階段的檢測(cè)方法帶來(lái)希望。相關(guān)研究成果8月15日發(fā)表于《自然-醫(yī)學(xué)》。

大腦的某些部分往往會(huì)與其他區(qū)域一起萎縮和變形。圖片來(lái)源：Zephyr/SPL

沒有參與這項(xiàng)工作的美國(guó)南加州大學(xué)的老年學(xué)家Andrei Irimia說，該工作是一項(xiàng)“方法論上的杰作”，可以極大促進(jìn)研究人員對(duì)衰老的理解?！霸谶@項(xiàng)研究之前，我們知道大腦解剖結(jié)構(gòu)會(huì)隨著衰老和疾病而變化。但我們掌握這種復(fù)雜相互作用的能力要有限得多?！?/p>

衰老不僅會(huì)導(dǎo)致頭發(fā)變白，隨著時(shí)間的推移，大腦中的一些區(qū)域還會(huì)逐漸萎縮，發(fā)生微妙的解剖結(jié)構(gòu)變化，這在磁共振成像（MRI）掃描中是可見的。論文作者之一、美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)成像專家Christos Davatzikos說：“人眼無(wú)法感知與這種衰退相關(guān)的系統(tǒng)性大腦變化模式?！?/p>

之前的研究表明，機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以從MRI數(shù)據(jù)中提取衰老的“細(xì)微指紋”。但這些研究的范圍往往有限，且大多數(shù)研究的數(shù)據(jù)來(lái)自相對(duì)較少的人群。

為了確定更廣泛的模式，Davatzikos團(tuán)隊(duì)開始了一項(xiàng)研究，這項(xiàng)研究花了大約8年時(shí)間才完成并發(fā)表。他們使用了一種名為Surreal-GAN的深度學(xué)習(xí)方法，該方法由第一作者楊志堅(jiān)（音）在Davatzikos實(shí)驗(yàn)室讀研究生時(shí)開發(fā)的。

研究人員對(duì)1150名年齡在20至49歲之間的健康人以及8992名老年人的大腦核磁共振成像上訓(xùn)練了該算法，其中包括許多認(rèn)知能力下降的人。這教會(huì)了算法識(shí)別衰老大腦的重復(fù)特征，使其能夠創(chuàng)建一個(gè)解剖結(jié)構(gòu)的內(nèi)部模型。

然后，研究人員將得到的模型應(yīng)用于近5萬(wàn)人的MRI掃描，這些人參與了各種衰老和神經(jīng)健康研究。這項(xiàng)分析得出了5種不同的腦萎縮模式。研究人員將各種類型的與年齡相關(guān)的大腦退化與這5種模式的組合聯(lián)系起來(lái)，盡管患有相同疾病的個(gè)體之間存在一些差異。

例如，癡呆癥及輕度認(rèn)知障礙與5種模式中的3種有關(guān)。有趣的是，研究人員還發(fā)現(xiàn)了證據(jù)，表明這些模式可能被用來(lái)揭示未來(lái)更多大腦退化的可能性。

“如果你想預(yù)測(cè)從認(rèn)知正常狀態(tài)到輕度認(rèn)知障礙的進(jìn)展，一種模式是迄今為止最具預(yù)測(cè)性的?！盌avatzikos說，“在后期，添加第二種模式會(huì)豐富你的預(yù)測(cè)，因?yàn)檫@種模式可以捕捉到病理的傳播?！逼渌Ｊ脚c帕金森病和阿爾茨海默病等疾病有關(guān)，3種模式的一種組合可以高度預(yù)測(cè)死亡率。

作者發(fā)現(xiàn)，某些腦萎縮模式與各種生理和環(huán)境因素之間存在明顯關(guān)聯(lián)，包括飲酒和吸煙，以及各種與健康相關(guān)的遺傳和生化特征。Davatzikos說，這些結(jié)果可能反映了整體身體健康對(duì)神經(jīng)健康的影響，因?yàn)槠渌鞴傧到y(tǒng)的損傷可能會(huì)對(duì)大腦產(chǎn)生影響。

然而，Davatzikos警告說，這項(xiàng)研究“并不意味著一切都可以歸結(jié)為5個(gè)模式”，他的團(tuán)隊(duì)正在尋找包括更廣泛的神經(jīng)系統(tǒng)疾病和更大種族和民族多樣性的數(shù)據(jù)集。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/d41586-023-03012-

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)