Kaikkien aikojen suurin kokoelma aivokarttoja -kaavioita, kuinka aivot muuttuvat eliniän aikana

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Aivomme ovat ainutlaatuisia lumihiutaleita, jotka muuttavat muotoaan elämämme ajan. Silti yksilöllisten erojen alle on haudattu yhteinen linja, jossa aivot kasvavat nopeasti lapsuudessa ja heikkenevät hitaasti iän myötä.

Mutta tämä on vain karkea luonnos keskimääräisen aivojen eliniästä. Mitä meiltä puuttuu?

Ryhmä kansainvälisiä tutkijoita antoi meille juuri ensimmäiset vastaukset merkittävällä BrainChart-projektilla. Tour de forcessa viime viikolla julkaistu tutkimus luonto, he yhdistivät lähes 125,000 15 aivoskannausta, jotka kattoivat koko ihmisen eliniän syntymästä kuolemaan. Nuorin näyte oli XNUMX viikkoa hedelmöittymisen jälkeen; vanhin, satavuotiaana.

Yhdessä tiedot maalasivat animoidun kuvan aivojen matkasta ihmisen eliniän aikana. Se kuvasi ennennäkemättömän yksityiskohtaisesti, kuinka "keskimääräiset" aivot kasvavat, kypsyvät ja heikkenevät iän myötä, ja verrattiin keskimääräistä prosessia ihmisillä, jotka kärsivät sairauksista, kuten Alzheimerin taudista. Vieläkin vaikuttavampi tutkimus sisälsi – sen sijaan, että se olisi tasoittanut – yksilöllisiä eroja. Sen sijaan, että yksi siisti viiva kuvaa aivojen kasvurataa, tulokset ovat enemmän kuin useita luonnoksia samaan suuntaan – jokainen ainutlaatuinen, mutta yhdessä muodostaa yksityiskohtaisen luonnoksen aivojen kehityksen kohokohdista.

"Yksi asia, jonka olemme pystyneet tekemään hyvin yhteisen maailmanlaajuisen ponnistelun kautta, on yhdistää dataa koko elinkaaren ajalta. Sen avulla voimme mitata hyvin varhaisia, nopeita muutoksia, joita tapahtuu aivoissa, ja pitkää, hidasta laskua ikääntyessämme”, sanoi tohtori Richard Bethlehem Cambridgen yliopistosta, joka johti tutkimusta.

Toistaiseksi kaavioita käytetään pääasiassa tutkimukseen, joten yksittäiset ryhmät voivat kaivaa aarrekammioon löytääkseen pieniä muutoksia missä tahansa iässä – esimerkiksi etsiessään autismin, dementian tai muiden neurologisten ongelmien varoitusmerkkejä. Kaavioissa on jo 165 erilaista diagnostiikkamerkkiä ensimmäisenä askeleena tutkijoiden ohjaamisessa.

Tässäkin massiivisessa mittakaavassa listat ovat vasta ensimmäinen painos. Koko teos on avoimen lähdekoodin (voit tarkistaa sen täältä), julkaistu työkalujen kanssa joiden avulla muut kirjoittajat voivat sovittaa aivoskannaustietonsa kaavioihin.

"Voit kuvitella, että niitä käytetään arvioimaan potilaita, jotka on tutkittu esimerkiksi Alzheimerin taudin kaltaisten sairauksien varalta, jolloin lääkärit voivat havaita hermoston rappeutumisen merkkejä vertaamalla, kuinka nopeasti potilaan aivojen tilavuus on muuttunut verrattuna heidän ikätovereihinsa", Bethlehem sanoi.

Kasvukaavio aivoille

Useimmat meistä muistavat tämän: seisoimme selkä seinää vasten, kun vanhempi merkitsi pituuttamme.

Se on klassinen, joskin vähän tekninen tapa seurata lapsen kasvua. XNUMX-luvun lopulla yksittäiset kasvulinjat yhdistettiin kasvukaavioihin lapsen kehitysradan vakiomittana painon, pituuden ja pään ympärysmitan keskeisinä mittareina.

Tekniikka on mennyt pitkälle. Unohda kääriä mittanauha pään ympärille. Meillä on nyt tehokkaat MRI-skannerit (Magnetic Resonance Imaging), joilla voit kurkistaa suoraan aivojen arkkitehtuuriin. Aivokartat ovat nyt sentti tusina, linkin sisältävistä kartoista geenin ilmentyminen aivojen rakenteeseen, To nanomittakaavan jälleenrakennuksia mikä voisi auttaa ohjaamaan tekoälyä kohti aivoja muistuttavia laskelmia.

Puuttuva on aivojen anatomian kasvukaavio, joka kattaa koko elämämme.

Yhteistyössä tohtori Jakob Seidlitzin kanssa Pennsylvanian yliopistosta, dynaaminen kaksikko päätti toteuttaa lähes mahdotonta projektia: BrainChart, standardoitu avoimen lähdekoodin tietokanta MRI-aivotutkimuksista 100 vuoden elinkaaren ajalta. Kasvukaavion tapaan BrainChart toimii viitteenä aivojen kehityksen ja ikääntymisen häiriöiden torjunnassa.

"Tämän pitäisi tehokkaasti antaa neurologille mahdollisuus vastata kysymykseen "tämä alue näyttää epätyypilliseltä, mutta kuinka paljon epätyypilliseltä?"", selitti Bethlehem.

Aivot kohtaavat supertietokoneet

Aivoskannaukset ovat hankalia. Kaikki aivot voivat näyttää hieman erilaisilta riippuen skannerin laitteistosta, käsittelyohjelmistosta ja kymmenistä muista tekijöistä, jotka tekevät jokaisesta kuvasta ainutlaatuisen. Käännös? Niiden sulautuminen yhteen on painajainen, varsinkin kun käsitellään satoja tuhansia kuvia. Se on kuin yrittäisi photoshopata samanlaisia kuvia yhdessä, mutta jokainen on otettu eri kameralla, valotusasetuksella, valaistusolosuhteilla ja resoluutiolla. Mikä on oikeaa dataa ja mikä kohinaa?

Ryhmä otti ensin käyttöön Maailman terveysjärjestön (WHO) suositteleman ohjelmistokehyksen nimeltä GAMLSS. Kehys auttaa ohjaamaan tietoja, jotka eivät ole lineaarisia – eli tiedot eivät aina muutu samalla tavalla ajan myötä, mikä sopii täydellisesti aivojen kasvuradalle.

Sitten tulee hankala yritys aivoskannausten yhdistämisessä. Noin 100 tutkimuksen perusteella ryhmä kartoitti MRI-tiedot neljään aivojen päämaamerkkiin. Jotkut ovat klassikoita, kuten harmaan aineen kokonaistilavuus – neuronien runko, joka on tummempi harmaan sävy magneettikuvauksissa – ja valkoinen aine, niiden pajuiset oksat. Kuten sovellus, joka käyttää kasvojen piirteitä sekoittaakseen yhteen hurjasti erilaisia kasvoja, nämä asetuspisteet auttoivat tiimiä standardoimaan kaiken tiedon.

Se vaati valtavan määrän superlaskentatehoa noin kahden miljoonan tunnin laskenta-ajalla. "Tämä ei todellakaan olisi ollut mahdollista ilman pääsyä Cambridgen High Performance Computing -klusteriin", sanoi Seidlitz.

Muutama yllättävä trendi paljastui välittömästi. Harmaan aineen määrä aivoissa nousi noin kuuden vuoden ikään asti, jolloin se alkoi laskea "lähes lineaarisesti". Huippu on yli kolme vuotta myöhemmin kuin aiemmin havaittiin pienemmillä tutkimuksilla, kirjoittajat sanoivat. Aivojen syvissä osissa oleva harmaa aine, muistin ja tunteiden keskipisteet, laajeni noin 15-vuotiaaksi ennen kuin se väheni.

Sitä vastoin valkoisen aineen tilavuus – kiertyvät oksat, jotka muodostavat hermoverkkoja – saavutti huippunsa 20-vuotiaiden lopulla, ja se laski jyrkästi 50:ssä. Kaivattuaan syvemmälle, tiimi havaitsi jyrkän muutoksen harmaan aineen määrässä valkoiseen aineeseen verrattuna. aivoilla on ensimmäisestä syntymäkuukaudesta noin kolmeen vuoteen. Se on käännekohta, jota aiemmat tutkimukset eivät olleet löytäneet, tiimi sanoi.

Hyppää klinikoille?

Terveet vertailuaivot koko elinkaaren ajan luotuaan tiimi kartoitti seuraavaksi aivoskannauksia ihmisiltä, joilla oli aivosairaus. Jokaiselle ottelulle annettiin pistemäärä, joka osoitti, kuinka lähellä ne olivat kaavioita, ja korkeampi pistemäärä tarkoitti enemmän poikkeamaa tyypillisestä aivojen kehityksestä ja ikääntymisestä.

Kaiken kaikkiaan Alzheimerin taudissa oli suurin ero. Se ei ole yllättävää - myöhemmissä vaiheissa häiriö syö neuroneja aivojen osissa, jotka hallitsevat muistia. Ero oli erityisen selvä naispotilaiden harmaan aineen määrässä. Muita poikkeavia ryhmiä olivat skitsofrenia sekä mieliala- ja ahdistuneisuushäiriöt.

Ottelut olivat erittäin luotettavia. Kaikkien elinkaaren vaiheiden aikana pisteet pysyivät korkeampina ihmisillä, joilla on aivosairaus "diagnoosista riippumatta", ryhmä sanoi.

Tämä ei tarkoita, että BrainChart olisi valmis kliiniseen käyttöön. Jopa perinteisissä kasvukaavioissa, kirjoittajat selittivät, meidän on otettava huomioon tärkeät varoitukset ja vivahteet jokaisen yksittäisen lapsen osalta. Aivojen monimutkaisuuden vuoksi koko ei välttämättä aina korreloi toiminnan kanssa, ja "huomattavaa lisätutkimusta tarvitaan aivokaavioiden kliinisen diagnostisen hyödyn validoimiseksi."

Julkaisemalla tietojoukon vastaavalla ohjelmistolla verkossa, tiimi toivoo voivansa rakentaa projektia edelleen. Toistaiseksi tiedot ovat peräisin eurooppalaisilta ihmisiltä, mikä usein sulkee silmänsä muualla maailmassa.

"Se on ensimmäinen askel luotaessa standardisoitu referenssikaavio neuroimagingille. Siksi olemme rakentaneet verkkosivuston ja luoneet laajan yhteistyökumppaniverkoston. Odotamme jatkuvasti päivittävän kaavioita ja kehittävämme näitä malleja, kun uutta tietoa tulee saataville", Seidlitz sanoi.

Kuva pistetilanne: christitzeimaging.com / Shutterstock.com

Aikaleima: Huhtikuu 12, 2022