Kõigi aegade suurim ajukaartide kogumik, mis näitab, kuidas aju elu jooksul muutub

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Meie aju on ainulaadsed lumehelbed, mis muudavad kuju kogu meie elu. Kuid individuaalsete erinevuste alla maetud on tavaline läbiv joon, kus aju kasvab lapsepõlves kiiresti ja väheneb vanusega aeglaselt.

Kuid see on vaid toores visand keskmise aju eluea kohta. Millest meil puudu on?

Rahvusvaheliste teadlaste meeskond andis meile just esimesed vastused tähelepanuväärse projektiga BrainChart. Tour de force eelmisel nädalal avaldatud uuring loodus, nad ühendasid peaaegu 125,000 15 ajuskaneeringut, mis hõlmasid kogu inimese eluea, alates sünnist kuni surmani. Noorim proov oli XNUMX nädalat pärast viljastumist; vanim, saja-aastane.

Üheskoos maalisid andmed animeeritud pildi aju teekonnast inimese elu jooksul. Enneolematu detailsusega jäädvustas see, kuidas "keskmine" aju kasvab, küpseb ja vanusega kahaneb, ning võrdles keskmist protsessi inimestega, keda tabasid sellised haigused nagu Alzheimeri tõbi. Veelgi muljetavaldavam on see, et uuring hõlmas - selle asemel, et siluda - individuaalseid erinevusi. Aju kasvutrajektoori kujutava ühe kena joone asemel sarnanevad tulemused pigem mitmele visandile samas suunas – igaüks neist on ainulaadne, kuid moodustab koos üksikasjaliku visandi aju arengu tipphetkedest.

„Üks asi, mida oleme väga kooskõlastatud ülemaailmse jõupingutusega suutnud teha, on kogu eluea andmete kokku liitmine. See võimaldab meil mõõta väga varaseid ja kiireid muutusi, mis ajus toimuvad, ning pikka ja aeglast langust vananedes,” ütles uuringu üks juhtinud dr Richard Bethlehem Cambridge’i ülikoolist.

Praegu kasutatakse graafikuid peamiselt uurimistööks, nii et üksikud meeskonnad võivad kaevata aardelauda, et avastada väikseid muutusi igas vanuses – näiteks jahtides autismi, dementsuse või muude neuroloogiliste probleemide hoiatusmärke. Diagrammidel on teadlaste esimeseks sammuks juba 165 erinevat diagnostilist märgist.

Isegi selle tohutu ulatuse korral on edetabelid alles esimene väljaanne. Kogu teos on avatud lähtekoodiga (saate seda vaadata siit), avaldatud tööriistadega mis võimaldavad teistel kaastöötajatel oma aju skaneerimise andmeid graafikutega sobitada.

"Võite ette kujutada, et neid kasutatakse näiteks Alzheimeri tõvega patsientide hindamiseks, võimaldades arstidel tuvastada neurodegeneratsiooni märke, võrreldes, kui kiiresti on patsiendi aju maht võrreldes eakaaslastega muutunud," ütles Bethlehem.

Aju kasvuskeem

Enamik meist mäletab seda: seisame seljaga vastu seina, kui vanem märkis meie pikkust.

See on klassikaline, kuigi vähetehnoloogiline viis lapse kasvu jälgimiseks. Kaheksateistkümnenda sajandi lõpus koondati individuaalsed kasvujooned lapse arengutrajektoori standardmõõduna kasvugraafikutesse, mille põhinäitajad olid kaal, pikkus ja peaümbermõõt.

Tehnoloogia on jõudnud kaugele. Unustage mõõdulint ümber pea. Meil on nüüd võimsad MRI (magnetresonantstomograafia) skannerid, et vaadata otse aju arhitektuuri. Aju kaardid on nüüd peenraha tosin, kaartidelt, mis viitavad geeniekspressioon aju struktuurile, Et nanomõõtmetes ümberehitused mis võib aidata AI-d suunata ajulaadsemate arvutuste suunas.

Puudu on olnud aju anatoomia kasvugraafikust, mis kataks kogu meie eluea.

Koostöös Dr. Jakob Seidlitziga Pennsylvania ülikoolist otsustas dünaamiline duo ellu viia peaaegu võimatu projekti: BrainChart, standardiseeritud avatud lähtekoodiga andmebaas MRI ajuskaneeringutest meie 100-aastase eluea jooksul. Sarnaselt kasvugraafikule toimib BrainChart viitena aju arengu ja vananemise häiretega tegelemiseks.

"See peaks võimaldama neuroloogil tõhusalt vastata küsimusele, et see piirkond tundub ebatüüpiline, kuid kui palju ebatüüpiline?"" selgitas Petlem.

Aju kohtub superarvutitega

Aju skaneerimine on keeruline. Iga konkreetne aju võib skanneri riistvarast, töötlustarkvarast ja kümnest muust tegurist, mis muudavad iga pildi ainulaadseks, veidi erinev välja näha. Tõlge? Nende kokkusulamine on õudusunenägu, eriti kui tegemist on sadade tuhandete piltidega. See on nagu proovimine sarnaseid fotosid koos Photoshopida, kuid igaüks neist on tehtud erineva kaamera, särituse, valgustingimuste ja eraldusvõimega. Mis on tegelikud andmed ja mis on müra?

Meeskond kasutas esmalt Maailma Terviseorganisatsiooni (WHO) soovitatud tarkvararaamistikku GAMLSS. Raamistik aitab suunata andmeid, mis ei ole lineaarsed – see tähendab, et andmed ei muutu aja jooksul alati samaks, mis sobib suurepäraselt aju kasvutrajektoori jaoks.

Siis tuleb aju skaneeringute konsolideerimise keeruline äri. Tuginedes ligikaudu 100 uuringust, kaardistas meeskond MRI andmed nelja peamise aju orientiiriga. Mõned neist on klassikalised, näiteks halli aine kogumaht – neuronite keha, mis on MRI-skaneeringutel halli varjundiga tumedam – ja valge aine, nende pajukujulised oksad. Nagu rakendus, mis kasutab näojooni metsikult erinevate nägude segamiseks, aitasid need sättepunktid meeskonnal kõiki andmeid standardida.

Ligikaudu kahe miljoni tunnise arvutusaja juures kulus tohutult palju superarvuti võimsust. "See poleks olnud võimalik ilma juurdepääsuta Cambridge'i kõrgjõudlusega andmetöötluse klastritele," ütles Seidlitz.

Mõned üllatavad trendid tulid kohe välja. Halli aine hulk ajus kasvas, kuni inimesed olid umbes kuueaastased, kui see hakkas "peaaegu lineaarselt" langema. Autorid ütlesid, et tipp on rohkem kui kolm aastat hilisem kui varem väiksemate uuringute puhul. Hallollus aju sügavamates osades, mälu ja emotsioonide keskused, laienes umbes 15-aastaseks, enne kui kahanes.

Seevastu valgeaine maht – närvivõrke moodustavad keerduvad oksad – saavutas haripunkti siis, kui inimesed olid 20. eluaastate lõpus, järsult vähenedes 50. Sügavamale uurides avastas töörühm järsu muutuse selles, kui palju halli ainet võrreldes valgeainega. aju on esimesest sünnikuust kuni umbes kolme aastani. See on pöördepunkt, mida varasemad uuringud ei leidnud, ütles meeskond.

Kas hüpata kliinikutesse?

Olles kogu elu jooksul loonud terve võrdlusaju, kaardistas meeskond järgmiseks ajuhäiretega inimeste ajuskaneeringud. Igale mängule anti skoor, mis näitas, kui lähedal need graafikutele olid, kusjuures kõrgem skoor tähendab suuremat kõrvalekallet aju tüüpilisest arengust ja vananemise trajektoorist.

Üldiselt näitas Alzheimeri tõbi suurimat erinevust. See pole üllatav – hilisemates etappides sööb häire ära neuroneid aju osades, mis kontrollivad mälu. Erinevus oli eriti ilmne naispatsientide hallaine mahus. Teised kõrvalekalduvad klastrid hõlmasid skisofreeniat ning meeleolu- ja ärevushäireid.

Matšid olid väga usaldusväärsed. Meeskond ütles, et kõikidel eluea etappidel oli ajuhäiretega inimeste skoor kõrgem, "olenemata diagnostilisest kategooriast".

See ei tähenda, et BrainChart on kliiniliseks kasutamiseks valmis. Isegi traditsiooniliste kasvugraafikute puhul, selgitasid autorid, peame iga üksiku lapse puhul arvestama oluliste hoiatuste ja nüanssidega. Aju keerukuse tõttu ei pruugi suurus alati korreleeruda funktsiooniga ja "aju diagrammide kliinilise diagnostilise kasulikkuse kinnitamiseks on vaja märkimisväärseid täiendavaid uuringuid".

Andmestiku koos vastava tarkvaraga võrgus avaldamisega loodab meeskond projekti edasi arendada. Praegu on andmed pärit Euroopa pärandiga inimestelt, mis heidab sageli mujal maailmas silmad kinni.

"See on esimene samm neuropiltide standardse võrdluskaardi loomisel. Seetõttu oleme loonud veebisaidi ja loonud suure koostööpartnerite võrgustiku. Loodame graafikuid järjepidevalt värskendada ja nendele mudelitele tugineda, kui uued andmed muutuvad kättesaadavaks, ”ütles Seidlitz.

Image Credit: christitzeimaging.com / Shutterstock.com

Ajatempel: Aprill 12, 2022