Предложена новая вычислительная модель болезни Альцгеймера

Исследователи клиники Майо предложили новую модель для сопоставления симптомов болезни Альцгеймера с анатомией мозга. Эта модель была разработана путем применения машинного обучения к данным визуализации мозга пациентов. Для объяснения взаимосвязи между анатомией мозга и умственной деятельностью она использует не конкретные области мозга или сети, а функции мозга в целом. О результатах исследования сообщается в журнале Nature Communications.


Болезнь Альцгеймера обычно описывается как проблема с переработкой белков. Токсичные белки амилоид и тау откладываются в областях мозга, вызывая разрушение нейронов, что приводит к таким клиническим симптомам, как потеря памяти, трудности в общении и спутанность сознания.

Однако связь между клиническими симптомами, характером повреждения мозга и анатомией мозга неясна. Кроме того, у людей 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 на основе измерений уровня глюкозы в мозге, полученных с помощью позитронно-эмиссионной томографии с фтордезоксиглюкозой (ФДГ-ПЭТ), проведенных на 423 участниках исследования, страдающих когнитивными нарушениями и участвовавших в Исследовании старения клиники Майо и Исследовательском центре болезни Альцгеймера клиники Майо. ФДГ-ПЭТ - это визуализирующий тест, который показывает, как глюкоза питает участки мозга. Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, деменция тела Леви и фронтотемпоральная деменция, например, имеют различные модели использования глюкозы.

Модель сжимает сложную анатомию мозга, имеющую отношение к симптомам деменции, в концептуальную, цветокодированную структуру, которая показывает области мозга, связанные с нейродегенеративными заболеваниями и психическими функциями. Изображения, показанные в модели, связаны с симптомами, которые испытывают пациенты.

Прогностическая способность модели в отношении изменений, связанных с физиологией болезни Альцгеймера, была подтверждена на 410 людях. Дополнительное подтверждение было получено путем проецирования большого количества данных о нормальном старении и синдромах деменции, касающихся памяти, исполнительных функций, языка, поведения, движения, восприятия, семантических знаний и визуально-пространственных способностей.

Исследователи обнаружили, что 51% различий в структуре использования глюкозы в мозге пациентов с деменцией может быть объяснено только 10 закономерностями. Каждый пациент имеет уникальную комбинацию этих 10 моделей глюкозы в мозге, которые связаны с типом симптомов, которые они испытывают. В последующей работе программа искусственного интеллекта (ИИ) отделения неврологии клиники Майо, которой руководит доктор Джонс, использует эти 10 моделей для работы над системами ИИ, которые помогают интерпретировать результаты сканирования мозга пациентов, проходящих обследование на предмет болезни Альцгеймера и связанных с ней синдромов.