역대 최대 규모의 뇌 지도 컬렉션은 평생에 걸쳐 뇌가 어떻게 변화하는지 차트로 보여줍니다.

플라톤에 의해 재발행

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우리의 뇌는 평생 동안 모양이 바뀌는 독특한 눈송이입니다. 그러나 개인차 아래에는 뇌가 어린 시절에 급속히 성장했다가 나이가 들면서 천천히 쇠퇴한다는 공통된 관통선이 묻혀 있습니다.

그러나 그것은 평균적인 뇌의 수명을 대략적으로 그린 것에 불과합니다. 우리는 무엇을 놓치고 있나요?

국제 과학자 팀이 BrainChart라는 놀라운 프로젝트를 통해 우리에게 첫 번째 답변을 제공했습니다. 역작에서 지난주에 발표된 연구 자연, 그들은 태어나기 전부터 죽을 때까지 인간의 전 생애를 포괄하는 거의 125,000개의 뇌 스캔을 결합했습니다. 가장 어린 샘플은 임신 후 15주였습니다. 가장 나이 많은 사람, XNUMX세.

이 데이터는 함께 인간의 일생 동안 뇌의 여정을 애니메이션으로 그렸습니다. 이 보고서는 "평균" 뇌가 나이에 따라 어떻게 성장하고, 성숙하고, 쇠퇴하는지 전례 없이 자세하게 포착하고, 평균 과정을 알츠하이머병과 같은 질병에 걸린 사람들의 뇌 과정과 비교했습니다. 더욱 인상적인 점은 이 연구에서 개인차를 완화하는 것이 아니라 포용했다는 것입니다. 두뇌의 성장 궤적을 묘사하는 단 하나의 깔끔한 선 대신 결과는 같은 방향의 여러 스케치에 가깝습니다. 각각은 독특하지만 함께 두뇌 발달 하이라이트의 상세한 스케치를 형성합니다.

“우리가 전 세계적으로 단합된 노력을 통해 할 수 있었던 일 중 하나는 전 생애에 걸쳐 데이터를 하나로 묶는 것입니다. 이 연구를 공동 주도한 캠브리지 대학의 Richard Bethlehem 박사는 이를 통해 뇌에서 일어나는 매우 초기의 빠른 변화와 나이가 들수록 길고 느린 쇠퇴를 측정할 수 있다고 말했습니다.

현재 차트는 주로 연구용으로 사용되므로 개별 팀은 보물 창고를 파헤쳐 연령에 관계없이 미세한 변화를 찾아낼 수 있습니다(예: 자폐증, 치매 또는 기타 신경학적 문제의 경고 징후 찾기). 차트에는 과학자들을 안내하기 위한 첫 번째 단계로 이미 165개의 다양한 진단 라벨이 있습니다.

이 엄청난 규모에도 불구하고 차트는 초판에 불과합니다. 전체 작업은 오픈 소스입니다(여기서 확인할 수 있습니다), 출판됨 도구로 다른 기여자가 자신의 두뇌 스캔 데이터를 차트와 일치시킬 수 있도록 합니다.

Bethlehem은 "예를 들어 알츠하이머병과 같은 질환에 대한 검사를 받은 환자를 평가하는 데 도움이 되는 것을 상상할 수 있습니다. 의사는 환자의 뇌량이 동료에 비해 얼마나 빨리 변했는지 비교하여 신경퇴행의 징후를 발견할 수 있습니다."라고 말했습니다.

두뇌 성장 차트

우리 대부분은 이것을 기억합니다. 부모가 우리의 키를 표시하는 동안 벽에 등을 대고 서 있는 것입니다.

이는 기술 수준은 낮지만 어린이의 성장을 추적하는 고전적인 방법입니다. 18세기 후반에는 개인의 성장선이 어린이의 발달 궤적에 대한 표준 척도로서 성장 차트에 통합되었으며, 체중, 키, 머리 둘레가 주요 척도로 사용되었습니다.

기술은 먼 길을 왔습니다. 머리 주위에 줄자를 감는 것을 잊어 버리십시오. 이제 우리는 뇌의 구조를 직접 엿볼 수 있는 강력한 MRI(자기공명영상) 스캐너를 보유하고 있습니다. 뇌 지도 지금이다. 한 푼도 다스, 링크된 지도에서 뇌 구조에 대한 유전자 발현에 나노 스케일 재구성 이는 AI가 더욱 두뇌와 유사한 계산을 수행하도록 유도하는 데 도움이 될 수 있습니다.

부족한 것은 우리의 전체 수명을 포괄하는 뇌 해부학의 성장 차트입니다.

펜실베니아 대학의 Jakob Seidlitz 박사와 협력하여 이 역동적인 듀오는 거의 불가능한 프로젝트를 추구하기로 결정했습니다. BrainChart는 인간 수명 100년 동안 MRI 뇌 스캔의 표준화된 오픈 소스 데이터베이스입니다. 성장 차트와 유사하게 BrainChart는 뇌 발달 및 노화 장애를 해결하기 위한 참고 자료 역할을 합니다.

"이를 통해 신경과 전문의는 '이 부위가 비정형적으로 보이지만 얼마나 비정형적으로 보이는가?'라는 질문에 효과적으로 답할 수 있을 것입니다."라고 Bethlehem은 설명했습니다.

두뇌와 슈퍼컴퓨터의 만남

뇌 스캔은 까다롭습니다. 특정 두뇌는 스캐너 하드웨어, 처리 소프트웨어 및 각 이미지를 독특하게 만드는 12가지 기타 요소에 따라 약간 다르게 보일 수 있습니다. 번역? 특히 수십만 개의 이미지를 처리할 때 함께 병합하는 것은 악몽입니다. 이는 유사한 사진을 함께 포토샵하려는 것과 같지만 각 사진은 서로 다른 카메라, 노출 설정, 조명 조건 및 해상도로 촬영되었습니다. 실제 데이터는 무엇이고 노이즈는 무엇입니까?

팀은 먼저 세계보건기구(WHO)가 권장하는 GAMLSS라는 소프트웨어 프레임워크를 활용했습니다. 프레임워크는 선형이 아닌 데이터를 안내하는 데 도움이 됩니다. 즉, 데이터가 시간에 따라 항상 동일하게 변경되지는 않으므로 뇌의 성장 궤적에 적합합니다.

그런 다음 뇌 스캔을 통합하는 까다로운 사업이 시작됩니다. 약 100개의 연구를 통해 연구팀은 MRI 데이터를 뇌의 XNUMX가지 주요 랜드마크에 매핑했습니다. 일부는 MRI 스캔에서 더 어두운 회색 음영으로 나타나는 뉴런의 몸체인 회백질과 버드나무 가지인 백질의 총 부피와 같은 고전적인 것입니다. 얼굴 특징을 사용하여 매우 다양한 얼굴을 혼합하는 앱과 마찬가지로 이러한 설정점은 팀이 모든 데이터를 표준화하는 데 도움이 되었습니다.

대략 200만 시간의 컴퓨팅 시간에 엄청난 양의 슈퍼컴퓨팅 성능이 필요했습니다. "캠브리지의 고성능 컴퓨팅 클러스터에 대한 액세스가 없었다면 이는 실제로 불가능했을 것입니다."라고 Seidlitz는 말했습니다.

몇 가지 놀라운 추세가 즉시 나타났습니다. 뇌의 회백질 양은 사람들이 대략 15세가 될 때까지 부피가 급증하다가 "거의 선형 방식"으로 떨어지기 시작했습니다. 이 정점은 이전에 소규모 연구에서 관찰된 것보다 XNUMX년 이상 늦었다고 저자들은 말했습니다. 기억과 감정의 중심지인 뇌의 더 깊은 부분에 있는 회백질은 약 XNUMX세까지 확장되다가 감소합니다.

이와 대조적으로 신경망을 형성하는 구불구불한 가지인 백질의 양은 20대 후반에 최고조에 달했고 50세에 급격하게 감소했습니다. 연구팀은 더 깊이 조사한 결과 백질에 비해 회백질의 양이 급격히 변하는 것을 발견했습니다. 뇌의 수명은 생후 첫 달부터 약 XNUMX년까지입니다. 이는 기존 연구에서 발견하지 못한 변곡점이라고 연구팀은 말했다.

클리닉으로 이동하시겠습니까?

평생 동안 건강한 기준 뇌를 설정한 후 팀은 다음으로 뇌 장애가 있는 사람들의 뇌 스캔을 매핑했습니다. 각 경기에는 차트에 얼마나 가까운지 보여주는 점수가 부여되었으며, 점수가 높을수록 일반적인 두뇌 발달 및 노화 궤적에서 더 많이 벗어났다는 의미입니다.

전체적으로 알츠하이머병이 가장 큰 차이를 보였다. 이는 놀라운 일이 아닙니다. 이후 단계에서 이 장애는 기억을 조절하는 뇌 부분의 뉴런을 갉아먹습니다. 특히 여성 환자의 회백질 양에서 차이가 두드러졌습니다. 일탈한 다른 클러스터에는 정신분열증, 기분 및 불안 장애가 포함되었습니다.

경기의 신뢰성은 매우 높았습니다. 모든 수명 단계에서 "진단 범주에 관계없이" 뇌 장애가 있는 사람들의 점수는 더 높게 유지되었다고 팀은 말했습니다.

그렇다고 BrainChart가 임상 용도로 사용될 준비가 되어 있다는 뜻은 아닙니다. 저자들은 전통적인 성장 차트를 사용하더라도 개별 어린이에 관해서는 중요한 주의 사항과 미묘한 차이를 고려해야 한다고 설명했습니다. 뇌의 복잡성으로 인해 크기가 항상 기능과 연관되는 것은 아니며 "뇌 차트의 임상 진단 유용성을 검증하려면 상당한 추가 연구가 필요할 것입니다."

해당 소프트웨어와 함께 데이터 세트를 온라인으로 공개함으로써 팀은 프로젝트를 더욱 구축할 수 있기를 희망합니다. 현재 데이터는 종종 세계의 다른 지역을 무시하는 유럽 유산의 사람들로부터 나온 것입니다.

“이것은 신경영상 촬영을 위한 표준화된 참조 차트를 확립하는 첫 번째 단계입니다. 이것이 바로 우리가 웹사이트를 구축하고 대규모 협력자 네트워크를 만든 이유입니다. 우리는 새로운 데이터가 제공되면 지속적으로 차트를 업데이트하고 이러한 모델을 기반으로 구축할 것으로 기대합니다.”라고 Seidlitz는 말했습니다.

이미지 신용 : christitzeimaging.com / Shutterstock.com

타임 스탬프 : 2022 년 4 월 12 일