بزرگترین مجموعه تا به حال نمودارهای نقشه های مغز چگونه مغز در طول زندگی تغییر می کند

مغز ما دانه های برف منحصر به فردی است که در طول زندگی ما تغییر شکل می دهد. با این حال، مدفون در زیر تفاوت‌های فردی یک خط میانی رایج است، با رشد سریع مغز در دوران کودکی و سپس به تدریج با افزایش سن کاهش می‌یابد.

اما این فقط یک طرح خام از طول عمر یک مغز متوسط ​​است. چه چیزی را از دست داده ایم؟

تیمی از دانشمندان بین المللی اولین پاسخ ها را با یک پروژه قابل توجه به نام BrainChart به ما دادند. در یک تور دو نیرو مطالعه منتشر شده هفته گذشته در طبیعت, آنها تقریباً 125,000 اسکن مغز را ترکیب کردند که کل طول عمر انسان را از قبل از تولد تا مرگ پوشش می داد. جوانترین نمونه 15 هفته پس از لقاح بود. قدیمی ترین، یک صد ساله

این داده ها با هم تصویری متحرک از سفر مغز در طول زندگی انسان را ترسیم کردند. با جزئیات بی‌سابقه‌ای، نحوه رشد، بلوغ و کاهش مغز «متوسط» با افزایش سن را نشان داد و میانگین روند را با افرادی که به بیماری‌هایی مانند آلزایمر مبتلا شده‌اند، مقایسه کرد. حتی تاثیرگذارتر، این مطالعه به جای هموار کردن، تفاوت‌های فردی را در بر گرفت. به جای یک خط منفرد که مسیر رشد مغز را به تصویر می‌کشد، نتایج بیشتر شبیه طرح‌های متعدد در یک جهت هستند – هر کدام منحصربه‌فرد، اما با هم طرحی دقیق از نکات برجسته رشد مغز را تشکیل می‌دهند.

یکی از کارهایی که ما توانستیم از طریق یک تلاش جهانی بسیار هماهنگ انجام دهیم، این است که داده ها را در کل طول عمر به هم پیوند دهیم. دکتر ریچارد بتلهم از دانشگاه کمبریج، که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، گفت: این به ما این امکان را می دهد که تغییرات اولیه و سریعی را که در مغز اتفاق می افتد و کاهش طولانی و آهسته با افزایش سن اندازه گیری کنیم.

در حال حاضر، نمودارها عمدتاً برای تحقیق مورد استفاده قرار می‌گیرند، بنابراین تیم‌های فردی می‌توانند در گنجینه برای کشف تغییرات جزئی در هر سنی-مثلاً شکار علائم هشداردهنده اوتیسم، زوال عقل یا سایر مشکلات عصبی- بگردند. نمودارها در حال حاضر دارای 165 برچسب تشخیصی مختلف به عنوان اولین گام برای راهنمایی دانشمندان هستند.

حتی در این مقیاس عظیم، نمودارها فقط اولین نسخه هستند. کل کار منبع باز است (می توانید اینجا را بررسی کنید)، منتشر شده با ابزار که به سایر مشارکت کنندگان اجازه می دهد تا داده های اسکن مغز خود را با نمودارها مطابقت دهند.

Bethlehem می‌گوید: «می‌توانید تصور کنید که از آن‌ها برای کمک به ارزیابی بیماران غربال‌گری شده برای شرایطی مانند آلزایمر استفاده می‌شود، به عنوان مثال، به پزشکان اجازه می‌دهند با مقایسه سرعت تغییر حجم مغز بیمار نسبت به همتایان خود، علائم تخریب عصبی را تشخیص دهند.

نمودار رشد برای مغز

بسیاری از ما این را به خاطر داریم: ایستادن با پشت به دیوار در حالی که یکی از والدین قد ما را مشخص می کرد.

این یک روش کلاسیک، اگر با تکنولوژی پایین، ردیابی رشد کودک است. در اواخر قرن هجدهم، خطوط رشد فردی در نمودارهای رشد به عنوان معیاری استاندارد از مسیر رشد کودک، با وزن، قد و دور سر به عنوان معیارهای کلیدی ادغام شدند.

فناوری راه درازی را پیموده است. بستن نوار اندازه گیری دور سر را فراموش کنید. ما اکنون اسکنرهای قدرتمند MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی) داریم تا مستقیماً به ساختار مغز نگاه کنیم. نقشه های مغزی الان هست یک سکه یک دوجین، از نقشه هایی که پیوند دارند بیان ژن به ساختار مغز، به مقیاس نانو بازسازی ها که می تواند به سوق دادن هوش مصنوعی به سمت محاسبات بیشتر شبیه مغز کمک کند.

چیزی که کم بود نمودار رشد آناتومی مغز است که کل طول عمر ما را پوشش می دهد.

با همکاری دکتر جاکوب سیدلیتز در دانشگاه پنسیلوانیا، این دو پویا تصمیم گرفتند یک پروژه تقریبا غیرممکن را دنبال کنند: BrainChart، یک پایگاه داده منبع باز استاندارد شده از اسکن های مغزی MRI در طول 100 سال از عمر ما. مشابه نمودار رشد، BrainChart به عنوان مرجعی برای مقابله با اختلالات در رشد مغز و پیری عمل می کند.

Bethlehem توضیح داد: "این به طور موثر باید به متخصص مغز و اعصاب اجازه دهد تا به این سوال پاسخ دهد که این ناحیه غیر معمول به نظر می رسد اما چقدر غیر معمول است؟"

ملاقات مغز با ابر رایانه ها

اسکن مغز دشوار است. هر مغزی بسته به سخت افزار اسکنر، نرم افزار پردازش و ده ها عامل دیگر که هر تصویر را منحصر به فرد می کند، ممکن است کمی متفاوت به نظر برسد. ترجمه؟ آنها برای ادغام شدن با یکدیگر کابوس هستند، به خصوص وقتی با صدها هزار تصویر سروکار دارند. این مانند تلاش برای فتوشاپ عکس‌های مشابه با هم است، اما هر کدام با دوربین، تنظیمات نوردهی، شرایط نوری و وضوح متفاوت گرفته شده‌اند. داده های واقعی چیست و نویز چیست؟

این تیم ابتدا از چارچوب نرم افزاری توصیه شده توسط سازمان بهداشت جهانی (WHO) به نام GAMLSS بهره بردند. این چارچوب به هدایت داده‌هایی کمک می‌کند که خطی نیستند، یعنی داده‌ها همیشه با گذشت زمان یکسان تغییر نمی‌کنند، که برای مسیر رشد مغز عالی است.

سپس تجارت دشوار تجمیع اسکن های مغز می آید. این تیم با استخراج از حدود 100 مطالعه، داده های MRI را به چهار نقطه اصلی در مغز ترسیم کردند. برخی از آن‌ها کلاسیک هستند، مانند حجم کل ماده خاکستری - بدن نورون‌ها که در اسکن‌های MRI سایه تیره‌تری از خاکستری دارد - و ماده سفید، شاخه‌های بیدی آنها. مانند برنامه‌ای که از ویژگی‌های صورت برای ترکیب چهره‌های مختلف استفاده می‌کند، این نقاط تنظیم به تیم کمک کرد تا همه داده‌ها را استاندارد کند.

در حدود دو میلیون ساعت زمان محاسباتی، قدرت ابر محاسباتی فوق‌العاده‌ای را به خود اختصاص داد. سیدلیتز گفت: «این واقعاً بدون دسترسی به خوشه‌های محاسباتی با عملکرد بالا در کمبریج امکان‌پذیر نبود.

برخی از روندهای شگفت انگیز بلافاصله ظاهر شدند. مقدار ماده خاکستری در مغز تا زمانی که افراد تقریباً شش ساله شدند، افزایش یافت، زمانی که شروع به ریزش کرد به صورت «تقریباً خطی». به گفته نویسندگان، این اوج بیش از سه سال دیرتر از آنچه قبلاً با مطالعات کوچکتر مشاهده شده بود، است. ماده خاکستری در قسمت‌های عمیق‌تر مغز، مرکز حافظه و احساسات، تا حدود 15 سالگی گسترش یافت و سپس کاهش یافت.

در مقابل، حجم ماده سفید - شاخه‌های پیچ خورده‌ای که شبکه‌های عصبی را تشکیل می‌دهند - زمانی که افراد در اواخر دهه 20 زندگی خود بودند، با کاهش شدید در 50 سالگی به اوج خود رسید. تیم با کاوش عمیق‌تر متوجه تغییر شدیدی در میزان ماده خاکستری در مقایسه با ماده سفید شد. مغز بین ماه اول تولد تا حدود سه سالگی است. این تیم گفت که این نقطه عطفی است که مطالعات قبلی آن را پیدا نکرده بودند.

پرش به کلینیک؟

این تیم با ایجاد یک مغز مرجع سالم در طول زندگی، اسکن مغز افراد مبتلا به اختلالات مغزی را نقشه برداری کرد. به هر مسابقه یک امتیاز داده شد تا نشان دهد که چقدر به نمودارها نزدیک هستند، با امتیاز بالاتر به معنای انحراف بیشتر از مسیر رشد معمول مغز و پیری.

به طور کلی، بیماری آلزایمر بیشترین تفاوت را نشان داد. جای تعجب نیست – در مراحل بعدی، این اختلال نورون‌های بخش‌هایی از مغز را که حافظه را کنترل می‌کنند، از بین می‌برد. این تفاوت به ویژه در حجم ماده خاکستری در بیماران زن برجسته بود. خوشه های دیگری که منحرف شدند شامل اسکیزوفرنی و اختلالات خلقی و اضطرابی بودند.

مسابقات بسیار قابل اعتماد بود. به گفته این تیم، در تمام مراحل طول عمر، این امتیاز در افراد مبتلا به اختلالات مغزی "بدون توجه به دسته بندی تشخیصی" بالاتر بود.

این بدان معنا نیست که BrainChart برای استفاده بالینی آماده است. نویسندگان توضیح دادند که حتی با نمودارهای رشد سنتی، ما باید نکات مهم و نکات ظریف را در مورد هر کودکی در نظر بگیریم. با پیچیدگی مغز، اندازه لزوماً همیشه با عملکرد مرتبط نیست، و "تحقیقات بیشتر قابل توجهی برای تایید کاربرد تشخیصی بالینی نمودارهای مغزی مورد نیاز است."

با انتشار مجموعه داده با نرم افزار مربوطه به صورت آنلاین، تیم امیدوار است که پروژه را بیشتر بسازد. در حال حاضر، داده ها از افراد با میراث اروپایی است، که اغلب چشمان خود را بر سایر نقاط جهان می بندد.

این اولین قدم در ایجاد یک نمودار مرجع استاندارد برای تصویربرداری عصبی است. به همین دلیل است که ما وب سایت را ساخته ایم و شبکه بزرگی از همکاران ایجاد کرده ایم. ما انتظار داریم که به طور مداوم نمودارها را به روز کنیم و با در دسترس قرار گرفتن داده های جدید، این مدل ها را بسازیم.»

تصویر های اعتباری: christitzeimaging.com / Shutterstock.com

• Coinsmart. بهترین صرافی بیت کوین و کریپتو اروپا.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی رایگان.
• CryptoHawk. رادار آلت کوین امتحان رایگان.
• منبع: https://singularityhub.com/2022/04/12/the-largest-ever-collection-of-brain-maps-charts-how-the-brain-changes-over-a-lifetime/