Un program AI poate spune cât de repede îmbătrânește creierul tău, dezvăluind riscurile pentru boala Alzheimer

• Oamenii de știință spun că creierul unei persoane poate îmbătrâni mai repede decât restul corpului.
• Programul de inteligență artificială analizează scanările RMN ale creierului, căutând semne de declin cognitiv care au o legătură cu bolile neurodegenerative, cum ar fi Alzheimer.
• Cercetătorii notează că riscul unui pacient crește atunci când creierul său prezintă caracteristici „mai vechi” decât te-ai aștepta să vezi la o persoană de vârsta respectivă.

Câți ani are creierul tău, de fapt? La fel ca oamenii care par mai bătrâni decât sunt în realitate, oamenii de știință spun că creierul unei persoane poate îmbătrâni mai repede decât restul corpului. Având în vedere acest lucru, cercetătorii de la USC au creat un program de inteligență artificială care poate spune cu exactitate cât de bătrân este creierul unei persoane, indicând în același timp și semnele de avertizare pentru boala Alzheimer.

Programul de inteligență artificială analizează scanările RMN ale creierului, căutând semne de declin cognitiv care au o legătură cu bolile neurodegenerative, cum ar fi Alzheimer. Îmbătrânirea creierului este unul dintre cei mai fiabili markeri pentru riscul de boli neurodegenerative. Acest lucru este, de fapt, mai util decât simpla examinare a vârstei cronologice a unui pacient (data nașterii). Cercetătorii notează că riscul unui pacient crește atunci când creierul său prezintă caracteristici „mai vechi” decât te-ai aștepta să vezi la o persoană de vârsta respectivă. Inteligența artificială a fost capabilă să detecteze acești markeri care, de obicei, sunt greu de observat și de legat de declinul cognitiv.

„Studiul nostru exploatează puterea învățării profunde pentru a identifica zonele creierului care îmbătrânesc în moduri care reflectă un declin cognitiv care poate duce la Alzheimer”, spune autorul corespondent Andrei Irimia, profesor asistent de gerontologie, inginerie biomedicală, biologie cantitativă și computațională și neuroștiințe la USC Leonard Davis School of Gerontology, într-un comunicat de presă.

„Oamenii îmbătrânesc în ritmuri diferite, la fel și tipurile de țesuturi din organism. Știm acest lucru în mod colocvial atunci când spunem: „Unu și altul are 40 de ani, dar arată de 30 de ani. Aceeași idee se aplică și în cazul creierului. Creierul unei persoane de patruzeci de ani poate arăta la fel de „tânăr” ca și creierul unei persoane de treizeci de ani, sau poate arăta la fel de „bătrân” ca și cel al unei persoane de șaizeci de ani.”

Sistemul de inteligență artificială poate estima vârsta creierului cu o precizie de 2 ani

Echipa lui Irimia a adunat scanări RMN ale creierului de la 4.681 de participanți normali din punct de vedere cognitiv în timpul proiectului lor. Unele dintre aceste persoane au continuat să dezvolte tulburări cognitive, în timp ce altele au avut un caz complet de Alzheimer mai târziu în viață. Aceste date au fost introduse într-un model de inteligență artificială numit „rețea neuronală”, care a început să lucreze la estimarea vârstei fiecărei persoane pe baza scanărilor cerebrale. Pentru a face acest lucru, cercetătorii au trebuit mai întâi să antreneze mașina pentru a produce hărți anatomice detaliate ale creierului, care dezvăluie caracteristicile specifice îmbătrânirii fiecărui pacient.

Echipa a comparat apoi vârsta biologică a creierului fiecărei persoane cu vârsta cronologică reală a acesteia. Cu cât diferența dintre aceste două cifre era mai mare, cu atât scorul cognitiv al participantului era mai slab – crescând riscul de Alzheimer.

Noul program de inteligență artificială a fost capabil să estimeze vârsta creierului cu 2,3 ani față de vârsta cronologică a unui pacient sănătos. Aceasta este cu un an mai aproape decât testele medicale actuale care estimează vârsta creierului. Echipa consideră că acesta este un semn bun că AI poate găsi cu exactitate persoanele cu un creier care îmbătrânește mai repede și care riscă o boală gravă.

„Inteligența artificială interpretabilă poate deveni un instrument puternic pentru evaluarea riscului de Alzheimer și alte boli neurocognitive”, spune Irimia, care este, de asemenea, membru al USC Viterbi School of Engineering și USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.

„Cu cât putem identifica mai devreme persoanele cu risc ridicat de Alzheimer, cu atât mai devreme pot interveni clinicienii cu opțiuni de tratament, monitorizare și gestionare a bolii. Ceea ce face ca IA să fie deosebit de puternică este capacitatea sa de a sesiza caracteristicile subtile și complexe ale îmbătrânirii pe care alte metode nu le pot sesiza și care sunt esențiale pentru a identifica riscul unei persoane cu mulți ani înainte ca aceasta să dezvolte această afecțiune.”

Bărbații prezintă mai multe semne de îmbătrânire a creierului

În mod interesant, programul de inteligență artificială a constatat că anumite părți ale creierului îmbătrânesc mai repede la bărbați decât la femei și invers. Cu toate acestea, bărbații au fost mai predispuși să experimenteze o îmbătrânire mai rapidă a creierului în cortexul motor – regiunea responsabilă de funcția motorie. Acest lucru nu i-a surprins pe oamenii de știință, deoarece bărbații prezintă un risc mai mare de a suferi de boala Parkinson, o boală neurodegenerativă care duce în timp la afectarea motorului.

De asemenea, studiul a constatat că îmbătrânirea cerebrală în emisfera dreaptă a creierului este relativ mai lentă în rândul femeilor. Acest lucru ar putea fi o surpriză pentru unii, deoarece un studiu recent a constatat că femeile în vârstă suferă anumite modificări biologice care le expun la un risc mai mare de a dezvolta Alzheimer – cea mai frecventă formă de demență. În total, 6,5 milioane de americani se confruntă cu Alzheimer. Guvernele abia încep să aprobe medicamente care pot opri sau preveni declinul cognitiv, dar încă nu există un tratament definitiv pentru această boală.

„Una dintre cele mai importante aplicații ale lucrării noastre este potențialul său de a deschide calea pentru intervenții personalizate care să abordeze modelele unice de îmbătrânire ale fiecărui individ”, conchide Irimia.

„Mulți oameni ar fi interesați să își cunoască adevărata rată de îmbătrânire. Informațiile ne-ar putea oferi indicii despre diferite schimbări ale stilului de viață sau intervenții pe care o persoană le-ar putea adopta pentru a-și îmbunătăți sănătatea și bunăstarea generală. Metodele noastre ar putea fi folosite pentru a concepe planuri de tratament centrate pe pacient și hărți personalizate ale îmbătrânirii creierului care ar putea fi de interes pentru persoanele cu nevoi și obiective de sănătate diferite.”

Descoperirile sunt publicate în revista Proceedings of the National Academy of Sciences.