האוסף הגדול ביותר אי פעם של תרשימים של מפות מוח כיצד המוח משתנה במהלך החיים

חותמת זמן: 12 באפריל 2022 10:00
צומת המקור: 1259641
צבעוני-מיני-מוח-גלובלי-בלוקצ'יין

המוח שלנו הוא פתיתי שלג ייחודיים שמשנים צורה במהלך חיינו. עם זאת קבור מתחת להבדלים אינדיבידואליים הוא קו דרך נפוץ, כאשר המוח גדל במהירות במהלך הילדות ואז יורד באיטיות עם הגיל.

אבל זה רק שרטוט גס של חייו של מוח ממוצע. מה חסר לנו?

צוות של מדענים בינלאומיים זה עתה נתן לנו את התשובות הראשונות עם פרויקט יוצא דופן בשם BrainChart. בטור דה כוח מחקר שפורסם בשבוע שעבר ב טבע, הם שילבו כמעט 125,000 סריקות מוח המכסות את כל תוחלת החיים של האדם, מלפני הלידה ועד המוות. המדגם הצעיר ביותר היה 15 שבועות לאחר ההתעברות; המבוגר ביותר, בן מאה.

יחד, הנתונים ציירו תמונה מונפשת של המסע של המוח לאורך חיי אדם. בפירוט חסר תקדים, הוא תפס כיצד המוח "הממוצע" גדל, מתבגר ויורד עם הגיל, והשווה את התהליך הממוצע לזה של אנשים שנפגעו ממחלות כמו אלצהיימר. אפילו יותר מרשים, המחקר אימץ - במקום להחליק - הבדלים אינדיבידואליים. במקום קו מסודר אחד המתאר את מסלול הגדילה של המוח, התוצאות דומות יותר למספר סקיצות באותו כיוון - כל אחת היא ייחודית, אך יחדיו יוצרות שרטוט מפורט של דגשים בהתפתחות המוח.

"אחד הדברים שהצלחנו לעשות, באמצעות מאמץ גלובלי מאוד מרוכז, הוא לחבר נתונים על פני כל תוחלת החיים. זה אפשר לנו למדוד את השינויים המוקדמים והמהירים מאוד שקורים במוח, ואת הירידה הארוכה והאיטית ככל שאנו מזדקנים", אמר ד"ר ריצ'רד בית לחם מאוניברסיטת קיימברידג', שהיה שותף להובלת המחקר.

לעת עתה, התרשימים משמשים בעיקר למחקר, כך שצוותים בודדים יכולים לחפור בתוך האוצר כדי לחשוף שינויים זעירים בכל גיל - למשל, בחיפוש אחר סימני אזהרה של אוטיזם, דמנציה או צרות נוירולוגיות אחרות. בתרשימים כבר יש 165 תוויות אבחון שונות כצעד ראשון להנחות מדענים.

אפילו בקנה מידה עצום זה, התרשימים הם רק המהדורה הראשונה. העבודה כולה היא בקוד פתוח (אתה יכול לבדוק את זה כאן), יצא לאור עם כלים המאפשרים לתורמים אחרים להתאים את נתוני סריקת המוח שלהם לתרשימים.

"אפשר לדמיין שהם משמשים כדי לעזור להעריך מטופלים שנבדקו למצבים כמו אלצהיימר, למשל, מה שמאפשר לרופאים לזהות סימנים של ניוון עצבי על ידי השוואה באיזו מהירות השתנה נפח המוח של מטופל בהשוואה לבני גילם", אמרה בית לחם.

תרשים צמיחה למוח

רובנו זוכרים את זה: לעמוד עם הגב לקיר בזמן שהורה סימן את הגובה שלנו.

זוהי דרך קלאסית, אם כי נמוכה-טקית, לעקוב אחר גדילת הילד. בסוף המאה השמונה עשרה, קווי גדילה בודדים אוחדו לתרשימי גדילה כמדד סטנדרטי של מסלול ההתפתחות של הילד, עם משקל, גובה והיקף ראש כמדדים מרכזיים.

הטכנולוגיה עברה כברת דרך. תשכחו מלפפים סרט מדידה סביב הראש. כעת יש לנו סורקי MRI (הדמיית תהודה מגנטית) רבי עוצמה כדי להציץ ישירות לארכיטקטורת המוח. מפות מוח הם עכשיו אגורה תריסר, ממפות המקשרות ביטוי גנים למבנה המוח, כדי ננו שחזורים שיכול לעזור לדחוף AI לעבר חישובים דמויי מוח יותר.

מה שחסר הוא תרשים גדילה של האנטומיה של המוח שמכסה את כל תוחלת החיים שלנו.

בשיתוף פעולה עם ד"ר יעקב זיידליץ מאוניברסיטת פנסילבניה, הצמד הדינמי החליט להמשיך בפרויקט כמעט בלתי אפשרי: BrainChart, מסד נתונים סטנדרטי בקוד פתוח של סריקות מוח MRI לאורך 100 שנות חיינו. בדומה לתרשים גדילה, BrainChart ישמש התייחסות להתמודדות עם הפרעות בהתפתחות המוח והזדקנות.

"זה אמור לאפשר למעשה לנוירולוג לענות על השאלה 'האזור הזה נראה לא טיפוסי אבל לא טיפוסי בכמה?'", הסביר בית לחם.

המוח פוגש מחשבי על

סריקות מוח הן מסובכות. כל מוח נתון עשוי להיראות מעט שונה בהתאם לחומרת הסורק, תוכנת העיבוד ותריסר גורמים אחרים שהופכים כל תמונה לייחודית. תִרגוּם? הם סיוט להתמזג יחד, במיוחד כשעוסקים במאות אלפי תמונות. זה כמו לנסות לעשות פוטושופ תמונות דומות יחד, אבל כל אחת צולמה עם מצלמה אחרת, הגדרות חשיפה, תנאי תאורה ורזולוציה שונה. מה זה נתונים אמיתיים ומה זה רעש?

הצוות התחבר לראשונה למסגרת תוכנה המומלצת על ידי ארגון הבריאות העולמי (WHO) בשם GAMLSS. המסגרת עוזרת להנחות נתונים שאינם ליניאריים - כלומר, נתונים לא תמיד משתנים אותו הדבר עם הזמן, וזה מושלם למסלול הצמיחה של המוח.

ואז מגיע העסק הקשה של איחוד סריקות מוח. מתוך כ-100 מחקרים, הצוות מיפה את נתוני ה-MRI לארבעה ציוני דרך עיקריים במוח. חלקם קלאסיים, כמו הנפח הכולל של החומר האפור - גוף הנוירונים שהוא גוון כהה יותר של אפור בסריקות MRI - וחומר לבן, ענפי הערבה שלהם. כמו אפליקציה שמשתמשת בתווי פנים כדי לערבב פנים שונות מאוד, נקודות ההגדרה הללו עזרו לצוות לתקן את כל הנתונים.

זה לקח כמות מרתקת של כוח מחשוב על בערך שני מיליון שעות של זמן מחשוב. "זה באמת לא היה אפשרי ללא גישה לאשכולות המחשוב הגבוהים בקיימברידג'," אמר סיידליץ.

כמה טרנדים מפתיעים צצו מיד. כמות החומר האפור במוח עלתה בנפח עד שאנשים היו בני שש בערך, כשהחלה לרדת ב"אופן כמעט ליניארי". השיא מאוחר יותר משלוש שנים ממה שנצפה בעבר במחקרים קטנים יותר, אמרו המחברים. החומר האפור בחלקים עמוקים יותר של המוח, מוקדי זיכרון ורגשות, התרחב עד גיל 15 בערך לפני שדעך.

לעומת זאת, נפח החומר הלבן - הענפים המתפתלים היוצרים רשתות עצביות - הגיע לשיא כאשר אנשים היו בסוף שנות ה-20 לחייהם, עם ירידה חדה ב-50. בחפירה עמוקה יותר, הצוות מצא שינוי חד בכמות החומר האפור בהשוואה לחומר הלבן. למוח יש בין החודש הראשון ללידה עד כשלוש שנים. זו נקודת פיתול שמחקרים קודמים לא מצאו, אמר הצוות.

לקפוץ למרפאות?

לאחר שהקים מוח ייחוס בריא לאורך כל החיים, הצוות מיפה סריקות מוח של אנשים עם הפרעות מוחיות. כל התאמה קיבלה ציון כדי להראות עד כמה הם קרובים לתרשימים, כאשר ציון גבוה יותר פירושו חריגה רבה יותר ממסלול התפתחות המוח וההזדקנות הטיפוסי.

בסך הכל, מחלת האלצהיימר הראתה את ההבדל הגדול ביותר. זה לא מפתיע - בשלבים מאוחרים יותר, ההפרעה אוכלת נוירונים בחלקים במוח השולטים בזיכרון. ההבדל בלט במיוחד בנפח החומר האפור במטופלות. אשכולות אחרים שחרגו כללו סכיזופרניה והפרעות מצב רוח וחרדה.

המשחקים היו אמינים ביותר. בכל שלבי תוחלת החיים, הציון נשאר גבוה יותר באנשים עם הפרעות מוחיות "ללא קשר לקטגוריית האבחון", אמר הצוות.

זה לא אומר ש-BrainChart מוכן לשימוש קליני. אפילו עם תרשימי גדילה מסורתיים, הסבירו המחברים, עלינו לשקול אזהרות וניואנסים חשובים כשמדובר בכל ילד בודד. עם המורכבות של המוח, הגודל לא בהכרח מתאם תמיד עם התפקוד, ו"יידרש מחקר נוסף ניכר כדי לאמת את התועלת האבחונית הקלינית של תרשימים מוחיים."

על ידי שחרור מערך הנתונים עם תוכנה מתאימה באופן מקוון, הצוות מקווה להמשיך ולבנות את הפרויקט. לעת עתה, הנתונים הם מאנשים בעלי מורשת אירופאית, שלעתים קרובות מעלימים עין ממקומות אחרים בעולם.

"זהו מעבר ראשון בהקמת טבלת התייחסות סטנדרטית להדמיה עצבית. לכן בנינו את האתר ויצרנו רשת גדולה של משתפי פעולה. אנו מצפים לעדכן באופן עקבי את התרשימים ולהתבסס על המודלים הללו כאשר נתונים חדשים יהיו זמינים", אמר סיידליץ.

תמונת אשראי: christitzeimaging.com / Shutterstock.com

בול זמן:

עוד מ רכזת הסינגולריות