A maior coleção de mapas cerebrais de todos os tempos mostra como o cérebro muda ao longo da vida

Republicado por Platão

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Nossos cérebros são flocos de neve únicos que mudam de forma ao longo de nossas vidas. No entanto, enterrada sob as diferenças individuais está uma linha central comum, com o cérebro crescendo rapidamente durante a infância e diminuindo lentamente com a idade.

Mas isso é apenas um esboço grosseiro da vida média de um cérebro. O que estamos perdendo?

Uma equipe de cientistas internacionais acaba de nos dar as primeiras respostas com um projeto notável chamado BrainChart. Em um tour de force estudo publicado na semana passada em Natureza, eles combinaram quase 125,000 mil exames cerebrais cobrindo toda a vida humana, desde antes do nascimento até a morte. A amostra mais jovem ocorreu 15 semanas após a concepção; o mais velho, centenário.

Juntos, os dados pintaram um quadro animado da jornada do cérebro ao longo da vida humana. Com detalhes sem precedentes, capturou como o cérebro “médio” cresce, amadurece e diminui com a idade, e comparou o processo médio com o de pessoas atingidas por doenças como a doença de Alzheimer. Ainda mais impressionante, o estudo abraçou – em vez de suavizar – as diferenças individuais. Em vez de uma única linha nítida representando a trajetória de crescimento de um cérebro, os resultados são mais como vários esboços na mesma direção – cada um único, mas juntos formando um esboço detalhado dos destaques do desenvolvimento do cérebro.

“Uma das coisas que conseguimos fazer, através de um esforço global muito concertado, foi reunir dados ao longo de toda a vida. Isso nos permitiu medir as mudanças rápidas e precoces que estão acontecendo no cérebro e o declínio longo e lento à medida que envelhecemos”, disse o Dr. Richard Bethlehem, da Universidade de Cambridge, que co-liderou o estudo.

Por enquanto, os gráficos são usados principalmente para pesquisa, para que equipes individuais possam vasculhar o tesouro para descobrir mudanças mínimas em qualquer idade – por exemplo, procurar sinais de alerta de autismo, demência ou outros problemas neurológicos. Os gráficos já possuem 165 rótulos de diagnóstico diferentes como um primeiro passo para orientar os cientistas.

Mesmo nesta escala massiva, os gráficos são apenas a primeira edição. Todo o trabalho é de código aberto (você pode conferir aqui), Publicados com ferramentas que permitem que outros colaboradores comparem seus dados de varredura cerebral com os gráficos.

“Você poderia imaginá-los sendo usados para ajudar a avaliar pacientes examinados para doenças como Alzheimer, por exemplo, permitindo que os médicos detectem sinais de neurodegeneração comparando a rapidez com que o volume cerebral de um paciente mudou em comparação com seus pares”, disse Bethlehem.

Um gráfico de crescimento para o cérebro

A maioria de nós se lembra disso: ficar de costas contra a parede enquanto um dos pais marcava nossa altura.

É uma forma clássica, embora de baixa tecnologia, de acompanhar o crescimento de uma criança. No final do século XVIII, as linhas de crescimento individuais foram consolidadas em gráficos de crescimento como uma medida padrão da trajetória de desenvolvimento de uma criança, com peso, altura e perímetro cefálico como medidas principais.

A tecnologia já percorreu um longo caminho. Esqueça enrolar uma fita métrica em volta da cabeça. Agora temos poderosos scanners de ressonância magnética (ressonância magnética) para espiar diretamente a arquitetura do cérebro. Mapas cerebrais agora são um centavo uma dúzia, a partir de mapas que vinculam expressão genética para a estrutura cerebralà nanoescala reconstruções isso poderia ajudar a impulsionar a IA em direção a cálculos mais semelhantes aos do cérebro.

O que falta é um gráfico de crescimento da anatomia do cérebro que cubra toda a nossa vida.

Jakob Seidlitz, da Universidade da Pensilvânia, a dupla dinâmica decidiu seguir um projeto quase impossível: BrainChart, um banco de dados padronizado de código aberto de exames cerebrais de ressonância magnética ao longo de 100 anos de nossa vida. Semelhante a um gráfico de crescimento, o BrainChart servirá como referência para lidar com distúrbios no desenvolvimento e envelhecimento do cérebro.

“Isso deve efetivamente permitir que o neurologista responda à pergunta ‘esta área parece atípica, mas atípica em quanto?'”, Explicou Bethlehem.

O cérebro encontra os supercomputadores

As varreduras cerebrais são complicadas. Qualquer cérebro pode parecer ligeiramente diferente dependendo do hardware do scanner, do software de processamento e de uma dúzia de outros fatores que tornam cada imagem única. Tradução? É um pesadelo fundi-los, especialmente quando se trata de centenas de milhares de imagens. É como tentar fazer o Photoshop de fotos semelhantes juntas, mas cada uma foi tirada com uma câmera, configurações de exposição, condições de iluminação e resolução diferentes. O que são dados reais e o que é ruído?

A equipe primeiro utilizou uma estrutura de software recomendada pela Organização Mundial da Saúde (OMS) chamada GAMLSS. A estrutura ajuda a orientar dados que não são lineares – ou seja, os dados nem sempre mudam da mesma forma com o tempo, o que é perfeito para a trajetória de crescimento do cérebro.

Depois vem a complicada tarefa de consolidar exames cerebrais. Com base em cerca de 100 estudos, a equipe mapeou os dados de ressonância magnética em quatro pontos principais do cérebro. Alguns são clássicos, como o volume total da substância cinzenta – o corpo dos neurônios que apresenta um tom mais escuro de cinza nas imagens de ressonância magnética – e da substância branca, seus ramos esbeltos. Como um aplicativo que usa recursos faciais para misturar rostos totalmente diferentes, esses pontos de ajuste ajudaram a equipe a padronizar todos os dados.

Foi necessária uma quantidade impressionante de poder de supercomputação em cerca de dois milhões de horas de computação. “Isso realmente não teria sido possível sem o acesso aos clusters de computação de alto desempenho em Cambridge”, disse Seidlitz.

Algumas tendências surpreendentes surgiram imediatamente. A quantidade de massa cinzenta no cérebro aumentou de volume até as pessoas terem cerca de seis anos de idade, quando começou a diminuir de forma “quase linear”. O pico ocorre mais de três anos depois do observado anteriormente em estudos menores, disseram os autores. A massa cinzenta nas partes mais profundas do cérebro, centros de memória e emoções, expandiu-se até aproximadamente os 15 anos de idade, antes de diminuir.

Em contraste, o volume de matéria branca – os ramos retorcidos que formam as redes neurais – atingiu o pico quando as pessoas tinham quase 20 anos, com um declínio vertiginoso aos 50. Indo mais fundo, a equipe descobriu uma mudança acentuada na quantidade de matéria cinzenta em comparação com a substância branca. cérebro tem entre o primeiro mês de nascimento e cerca de três anos. É um ponto de inflexão que estudos anteriores não encontraram, disse a equipe.

Ir para as clínicas?

Tendo estabelecido um cérebro de referência saudável ao longo da vida, a equipe mapeou exames cerebrais de pessoas com distúrbios cerebrais. Cada partida recebeu uma pontuação para mostrar o quão perto estavam das paradas, com uma pontuação mais alta significando mais desvio do desenvolvimento típico do cérebro e da trajetória de envelhecimento.

No geral, a doença de Alzheimer apresentou a maior diferença. Não é surpreendente – em fases posteriores, a doença corrói os neurónios em partes do cérebro que controlam a memória. A diferença foi especialmente proeminente no volume de substância cinzenta em pacientes do sexo feminino. Outros grupos que se desviaram incluíram esquizofrenia e transtornos de humor e ansiedade.

As partidas foram altamente confiáveis. Em todas as fases da vida, a pontuação permaneceu mais elevada em pessoas com distúrbios cerebrais “independentemente da categoria de diagnóstico”, disse a equipa.

Isso não quer dizer que o BrainChart esteja pronto para uso clínico. Mesmo com gráficos de crescimento tradicionais, explicaram os autores, precisamos considerar advertências e nuances importantes quando se trata de qualquer criança individualmente. Com a complexidade do cérebro, o tamanho nem sempre se correlaciona com a função, e “serão necessárias pesquisas adicionais consideráveis para validar a utilidade diagnóstica clínica dos gráficos cerebrais”.

Ao liberar o conjunto de dados com o software correspondente online, a equipe espera continuar a construir o projeto. Por enquanto, os dados provêm de pessoas de herança europeia, o que muitas vezes faz vista grossa a outras partes do mundo.

“É um primeiro passo para estabelecer um gráfico de referência padronizado para neuroimagem. É por isso que construímos o site e criamos uma grande rede de colaboradores. Esperamos atualizar consistentemente os gráficos e desenvolver esses modelos à medida que novos dados forem disponibilizados”, disse Seidlitz.

Crédito de imagem: christitzeimaging.com / Shutterstock.com

Carimbo de hora: 12 de abril de 2022