Şimdiye Kadarki En Büyük Beyin Haritaları Koleksiyonu, Beynin Bir Ömür Boyunca Nasıl Değiştiğini Çizelgeler

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Beynimiz, hayatımız boyunca şekil değiştiren eşsiz kar taneleridir. Yine de bireysel farklılıkların altında yatan ortak bir çizgidir, beyin çocuklukta hızla büyür ve yaşla birlikte yavaş yavaş azalır.

Ama bu sadece ortalama bir beynin ömrünün kaba bir taslağı. Neyi özlüyoruz?

Uluslararası bilim adamlarından oluşan bir ekip, BrainChart adlı dikkate değer bir projeyle bize ilk cevapları verdi. Bir güç turunda geçen hafta yayınlanan araştırma Tabiat, doğumdan ölüme kadar tüm insan ömrünü kapsayan yaklaşık 125,000 beyin taramasını birleştirdiler. En genç örnek, gebe kaldıktan 15 hafta sonraydı; en yaşlı, bir asırlık.

Veriler birlikte, beynin insan ömrü boyunca yaptığı yolculuğun hareketli bir resmini çizdi. Eşi benzeri görülmemiş bir ayrıntıyla, "ortalama" beynin yaşla birlikte nasıl büyüdüğünü, olgunlaştığını ve azaldığını ortaya çıkardı ve ortalama süreci Alzheimer gibi hastalıklara yakalanmış insanlarınkiyle karşılaştırdı. Daha da etkileyici olan araştırma, bireysel farklılıkları yumuşatmak yerine kucakladı. Bir beynin büyüme yörüngesini gösteren tek bir düzgün çizgi yerine, sonuçlar daha çok aynı yönde birden fazla eskiz gibidir - her biri benzersizdir, ancak birlikte beyin gelişiminin önemli noktalarının ayrıntılı bir taslağını oluşturur.

"Çok uyumlu bir küresel çabayla yapabildiğimiz şeylerden biri, tüm yaşam süresi boyunca verileri bir araya getirmek. Beyinde meydana gelen çok erken, hızlı değişiklikleri ve yaşlandıkça uzun, yavaş düşüşü ölçmemize izin verdi” dedi.

Şimdilik, çizelgeler esas olarak araştırma için kullanılıyor, bu nedenle bireysel ekipler her yaştaki küçük değişiklikleri ortaya çıkarmak için hazineyi kazabilir - örneğin, otizm, bunama veya diğer nörolojik sorunların uyarı işaretlerini aramak. Grafikler, bilim adamlarına rehberlik edecek ilk adım olarak zaten 165 farklı teşhis etiketine sahip.

Bu devasa ölçekte bile, çizelgeler sadece ilk baskıdır. Tüm çalışma açık kaynaklıdır (buradan kontrol edebilirsiniz), yayınlanan araçlarla bu, diğer katkıda bulunanların beyin tarama verilerini çizelgelerle eşleştirmelerine izin verir.

Bethlehem, "Alzheimer gibi durumlar için taranan hastaları değerlendirmeye yardımcı olmak için kullanıldıklarını, örneğin doktorların bir hastanın beyin hacminin akranlarına kıyasla ne kadar hızlı değiştiğini karşılaştırarak nörodejenerasyon belirtilerini tespit etmelerini sağladığını hayal edebilirsiniz" dedi.

Beyin İçin Bir Büyüme Tablosu

Çoğumuz şunu hatırlarız: Bir ebeveyn boyumuzu işaretlerken sırtımızı duvara yaslamış dururuz.

Düşük teknolojili olsa da, bir çocuğun büyümesini takip etmenin klasik bir yolu. On sekizinci yüzyılın sonlarında, bireysel büyüme çizgileri, bir çocuğun gelişimsel yörüngesinin standart bir ölçüsü olarak, ağırlık, boy ve baş çevresi temel ölçüler olarak büyüme çizelgelerinde birleştirildi.

Teknoloji çok yol kat etti. Kafanın etrafına bir ölçüm bandı sarmayı unutun. Artık doğrudan beynin mimarisine göz atmak için güçlü MRI (Manyetik Rezonans Görüntüleme) tarayıcılarımız var. beyin haritaları şimdi beş para etmez, bağlantı veren haritalardan beyin yapısına gen ifadesie nano ölçekli rekonstrüksiyonu Bu, AI'yı daha fazla beyin benzeri hesaplamalara yönlendirmeye yardımcı olabilir.

Eksik olan, tüm yaşam süremizi kapsayan beyin anatomisinin bir büyüme çizelgesidir.

Pennsylvania Üniversitesi'nden Dr. Jakob Seidlitz ile ortak olan dinamik ikili, neredeyse imkansız bir projeyi sürdürmeye karar verdi: Yaşamımızın 100 yılı boyunca MRI beyin taramalarının standart bir açık kaynaklı veritabanı olan BrainChart. Büyüme grafiğine benzer şekilde BrainChart, beyin gelişimi ve yaşlanmadaki bozuklukların üstesinden gelmek için bir referans görevi görecektir.

Bethlehem, “Bu, nöroloğun 'bu alan atipik görünüyor ama ne kadar atipik görünüyor?' sorusuna etkili bir şekilde cevap vermesini sağlamalıdır” diye açıkladı Bethlehem.

Beyin Süper Bilgisayarlarla Buluşuyor

Beyin taramaları zor. Herhangi bir beyin, tarayıcı donanımına, işleme yazılımına ve her görüntüyü benzersiz kılan bir düzine başka faktöre bağlı olarak biraz farklı görünebilir. Tercüme? Özellikle yüz binlerce görüntüyle uğraşırken, bir araya gelmek için bir kabus. Bu, benzer fotoğrafları birlikte photoshop yapmaya çalışmak gibidir, ancak her biri farklı bir kamera, pozlama ayarları, aydınlatma koşulları ve çözünürlükle çekilmiştir. Gerçek veriler ve gürültü nedir?

Ekip önce Dünya Sağlık Örgütü (WHO) tarafından önerilen GAMLSS adlı bir yazılım çerçevesinden yararlandı. Çerçeve, doğrusal olmayan verilere rehberlik etmeye yardımcı olur; yani, veriler zamanla her zaman aynı şekilde değişmez, bu da beynin büyüme yörüngesi için mükemmeldir.

Ardından, beyin taramalarını birleştirmenin zor işi gelir. Yaklaşık 100 çalışmadan yola çıkan ekip, MRI verilerini beyindeki dört ana simgeye eşledi. Bazıları, gri maddenin toplam hacmi (MR taramalarında daha koyu bir gri tonu olan nöronların gövdesi) ve beyaz cevher, onların söğüt dalları gibi klasiklerdir. Çok farklı yüzleri bir araya getirmek için yüz özelliklerini kullanan bir uygulama gibi, bu ayar noktaları ekibin tüm verileri standart hale getirmesine yardımcı oldu.

Yaklaşık iki milyon saatlik bilgi işlem süresinde dudak uçuklatan bir süper bilgi işlem gücü gerektirdi. Seidlitz, "Cambridge'deki Yüksek Performanslı Bilgi İşlem kümelerine erişim olmadan bu gerçekten mümkün olmazdı," dedi.

Bazı şaşırtıcı eğilimler hemen ortaya çıktı. Beyindeki gri madde miktarı, insanlar kabaca altı yaşına gelene kadar hacim olarak arttı ve "neredeyse doğrusal bir şekilde" düşmeye başladı. Yazarlar, zirvenin daha önce daha küçük çalışmalarla gözlemlenenden üç yıldan fazla olduğunu söyledi. Beynin daha derin kısımlarındaki gri madde, hafıza ve duygular için merkezler, azalmadan önce kabaca 15 yaşına kadar genişledi.

Buna karşılık, sinir ağlarını oluşturan bükülen dallar olan beyaz cevher hacmi, insanlar 20'li yaşlarının sonlarındayken zirveye ulaştı ve 50'de ani bir düşüş oldu. Daha derine inen ekip, beyaz maddeye kıyasla ne kadar gri maddede keskin bir değişiklik buldu? beyin, doğumun ilk ayı ile yaklaşık üç yıl arasındadır. Ekip, önceki çalışmaların bulamadığı bir bükülme noktası olduğunu söyledi.

Kliniklere Atla?

Yaşam boyu sağlıklı bir referans beyin oluşturan ekip, daha sonra beyin bozukluğu olan kişilerden alınan beyin taramalarının haritasını çıkardı. Her maça, çizelgelere ne kadar yakın olduklarını göstermek için bir puan verildi ve daha yüksek puan, tipik beyin gelişimi ve yaşlanma yörüngesinden daha fazla sapma anlamına geliyordu.

Genel olarak, Alzheimer hastalığı en büyük farkı gösterdi. Şaşırtıcı değil - daha sonraki aşamalarda, bozukluk beynin hafızayı kontrol eden bölümlerindeki nöronları yiyip bitiriyor. Fark özellikle kadın hastalarda gri cevher hacminde belirgindi. Sapan diğer kümeler şizofreni ve duygudurum ve anksiyete bozukluklarını içeriyordu.

Maçlar son derece güvenilirdi. Ekip, tüm yaşam evrelerinde, “tanı kategorisine bakılmaksızın” beyin bozukluğu olan kişilerde puanın daha yüksek kaldığını söyledi.

Bu, BrainChart'ın klinik kullanıma hazır olduğu anlamına gelmez. Yazarlar, geleneksel büyüme çizelgelerinde bile, herhangi bir çocuğa gelince önemli uyarıları ve nüansları dikkate almamız gerektiğini açıkladı. Beynin karmaşıklığıyla birlikte, büyüklük her zaman işlevle ilişkili olmayabilir ve "beyin çizelgelerinin klinik tanısal faydasını doğrulamak için önemli ölçüde daha fazla araştırma gerekli olacaktır."

Ekip, ilgili yazılımla birlikte veri setini çevrimiçi olarak yayınlayarak projeyi daha da geliştirmeyi umuyor. Şimdilik veriler, genellikle dünyanın diğer bölgelerine göz yuman Avrupa mirasına sahip insanlardan geliyor.

“Nörogörüntüleme için standartlaştırılmış bir referans çizelgesi oluşturmada ilk geçiş. Bu yüzden web sitesini kurduk ve geniş bir ortak çalışan ağı oluşturduk. Seidlitz, yeni veriler elde edildikçe grafikleri sürekli olarak güncellemeyi ve bu modelleri geliştirmeyi umuyoruz” dedi.

Resim Kredi: christitzeimaging.com / Shutterstock.com

Zaman Damgası: 12 Nisan 2022