Исследователи из клиники Майо предложили новую модель сопоставления симптомов болезни Альцгеймера с анатомией мозга. Эта модель была разработана путем применения машинного обучения к данным изображений мозга пациентов. Он использует всю функцию мозга, а не определенные области или сети мозга, чтобы объяснить взаимосвязь между анатомией мозга и мыслительной обработкой.

«Эта новая модель может улучшить наше понимание того, как мозг работает и разрушается при старении и болезни Альцгеймера, предоставляя новые способы мониторинга, предотвращения и лечения психических расстройств», — говорит Дэвид Т. Джонс, доктор медицинских наук, невролог клиники Майо. ведущий автор исследования.

Болезнь Альцгеймера обычно описывают как проблему обработки белков. Токсичные белки амилоид и тау откладываются в областях мозга, вызывая отказ нейронов, что приводит к клиническим симптомам, таким как потеря памяти , трудности в общении и спутанность сознания.

Однако взаимосвязь между клиническими симптомами, характером поражения головного мозга и анатомией головного мозга не ясна. У людей также может быть более одного нейродегенеративного заболевания, что затрудняет диагностику. Картирование поведения мозга с помощью этой вычислительной модели может дать клиницистам новые перспективы.

Новая модель была разработана с использованием измерений уровня глюкозы в головном мозге с помощью позитронно-эмиссионной томографии с фтордезоксиглюкозой (FDG-PET), проведенной на 423 участниках исследования с когнитивными нарушениями, которые участвовали в исследовании старения клиники Майо и в Исследовательском центре болезни Альцгеймера клиники Майо. ФДГ-ПЭТ — это визуализирующий тест, который показывает, как глюкоза питает части мозга. Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, деменция с тельцами Леви и лобно-височная деменция , например, имеют разные модели использования глюкозы.

Модель сжимает сложную анатомию мозга, имеющую отношение к симптомам деменции, в концептуальную структуру с цветовой кодировкой, которая показывает области мозга, связанные с нейродегенеративными расстройствами и психическими функциями. Образцы изображений, показанные в модели, относятся к симптомам, которые испытывают пациенты.

Прогностическая способность модели изменений, связанных с физиологией болезни Альцгеймера, была подтверждена у 410 человек. Дополнительная проверка была получена путем проецирования большого количества данных о синдромах нормального старения и деменции, нацеленных на память, исполнительные функции , язык, поведение, движение, восприятие, семантические знания и зрительно-пространственные способности.

Исследователи обнаружили, что 51% различий в паттернах потребления глюкозы в мозге пациентов с деменцией можно объяснить всего 10 паттернами. У каждого пациента есть уникальная комбинация этих 10 паттернов уровня глюкозы в мозге, которые связаны с типом симптомов, которые они испытывают. В последующей работе программа искусственного интеллекта (ИИ) отделения неврологии клиники Мэйо, которой руководит доктор Джонс, использует эти 10 паттернов для работы с системами ИИ, которые помогают интерпретировать сканирование мозга пациентов, которые проходят обследование на предмет болезни Альцгеймера. и сопутствующие синдромы.

«Эта новая вычислительная модель с большей проверкой и поддержкой может перенаправить научные усилия, чтобы сосредоточиться на динамике в биологии сложных систем при изучении разума и деменции, а не в первую очередь сосредоточиться на неправильно свернутых белках», — говорит доктор Джонс.

«Если психические функции, имеющие отношение к болезни Альцгеймера, выполняются распределенным образом по всему мозгу, необходима новая модель болезни, подобная той, которую мы предлагаем. Мы считаем, что эта модель потенциально может повлиять на диагностику, лечение и фундаментальное понимание нейродегенерации и психических заболеваний».