Νέο μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης υπολογίζει την ταχύτητα γήρανσης του εγκεφάλου

Ένα νέο μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης μπορεί να μετρήσει την ταχύτητα με την οποία γερνά ο εγκέφαλος ενός ασθενούς και θα μπορούσε να αποτελέσει ένα ισχυρό εργαλείο για την κατανόηση, την πρόληψη και τη θεραπεία της γνωστικής εξασθένησης και της άνοιας, σύμφωνα με ερευνητές του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας (USC).

Το πρωτοποριακό αυτό εργαλείο τεχνητής νοημοσύνης μπορεί να παρακολουθεί μη επεμβατικά τον ρυθμό των αλλαγών του εγκεφάλου, αναλύοντας μαγνητικές τομογραφίες (MRI).

Η ταχύτερη γήρανση του εγκεφάλου συνδέεται στενά με υψηλότερο κίνδυνο γνωστικής εξασθένησης, δήλωσε ο Αντρέι Ιρίμια, αναπληρωτής καθηγητής γεροντολογίας, βιοϊατρικής μηχανικής, ποσοτικής και υπολογιστικής βιολογίας και νευροεπιστήμης στη Σχολή Γεροντολογίας Leonard Davis του USC, καθώς και επισκέπτης καθηγητής ψυχολογικής ιατρικής στο King's College του Λονδίνου.

Αλλάζει ο τρόπος με τον οποίο παρακολουθούμε την υγεία του εγκεφάλου

«Αυτή είναι μια νέα μέτρηση που θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο παρακολουθούμε την υγεία του εγκεφάλου τόσο στο ερευνητικό εργαστήριο όσο και στην κλινική πράξη», ανέφερε. «Η γνώση της ταχύτητας γήρανσης του εγκεφάλου κάποιου μπορεί να είναι πολύτιμη».

Ο Ιρίμια είναι ο κύριος συγγραφέας της μελέτης που περιγράφει το νέο μοντέλο και τη δυνατότητά του να προβλέπει τη γήρανση του εγκεφάλου. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στις 24 Φεβρουαρίου 2025 στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (Proceedings of the National Academy of Sciences).

Βιολογική ηλικία του εγκεφάλου έναντι χρονολογικής ηλικίας

Η βιολογική ηλικία διαφέρει από τη χρονολογική ηλικία ενός ατόμου, εξηγεί ο Ιρίμια. Δύο άνθρωποι με την ίδια ημερομηνία γέννησης μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικές βιολογικές ηλικίες, ανάλογα με το πόσο καλά λειτουργεί το σώμα τους και πόσο «γηρασμένοι» φαίνονται οι ιστοί του σε κυτταρικό επίπεδο.

Κάποιες κοινές μέθοδοι μέτρησης της βιολογικής ηλικίας βασίζονται σε δείγματα αίματος για την αξιολόγηση της επιγενετικής γήρανσης και της μεθυλίωσης του DNA, που επηρεάζουν τη λειτουργία των γονιδίων στα κύτταρα.

Ωστόσο, η μέτρηση της βιολογικής ηλικίας του εγκεφάλου μέσω δειγμάτων αίματος δεν είναι αποτελεσματική, καθώς ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός εμποδίζει τα κύτταρα του αίματος να περάσουν στον εγκέφαλο. Έτσι, ένα δείγμα αίματος από το χέρι δεν αντανακλά άμεσα τις διαδικασίες γήρανσης του εγκεφάλου.

Αντίθετα, η λήψη δείγματος απευθείας από τον εγκέφαλο ενός ασθενούς είναι μια εξαιρετικά επεμβατική διαδικασία και, επομένως, μη εφαρμόσιμη.

Μια πιο ακριβής εικόνα της γήρανσης του εγκεφάλου

Το νέο μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης χρησιμοποιεί ένα τρισδιάστατο συνελικτικό νευρωνικό δίκτυο (3D-CNN) για να μετρήσει πιο ακριβώς τη γήρανση του εγκεφάλου με την πάροδο του χρόνου. Το μοντέλο αναπτύχθηκε σε συνεργασία με τον Πολ Μπόγνταν, αναπληρωτή καθηγητή ηλεκτρολογίας και μηχανικής υπολογιστών στο USC Viterbi School of Engineering.

Το μοντέλο εκπαιδεύτηκε και επικυρώθηκε χρησιμοποιώντας περισσότερες από 3.000 μαγνητικές τομογραφίες γνωστικά υγιών ενηλίκων.

Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους, που εκτιμούν την ηλικία του εγκεφάλου από μία μόνο τομογραφία, αυτή η διαχρονική μέθοδος συγκρίνει αρχικές και μεταγενέστερες μαγνητικές τομογραφίες του ίδιου ατόμου. Έτσι, προσδιορίζει με μεγαλύτερη ακρίβεια τις νευροανατομικές αλλαγές που συνδέονται με την επιτάχυνση ή την επιβράδυνση της γήρανσης.

Το μοντέλο μπορεί επίσης να δημιουργεί «χάρτες σημαντικότητας» (saliency maps), που δείχνουν ποιες περιοχές του εγκεφάλου παίζουν τον πιο σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό του ρυθμού γήρανσης.

Όταν εφαρμόστηκε σε μια ομάδα 104 γνωστικά υγιών ενηλίκων και 140 ασθενών με νόσο Αλτσχάιμερ, οι υπολογισμοί του νέου μοντέλου για την ταχύτητα γήρανσης του εγκεφάλου συσχετίστηκαν στενά με τις αλλαγές στα τεστ γνωστικής λειτουργίας.

«Η ευθυγράμμιση αυτών των μετρήσεων με τα αποτελέσματα των γνωστικών τεστ δείχνει ότι το μοντέλο μπορεί να χρησιμεύσει ως πρώιμος βιοδείκτης της νευρογνωστικής εξασθένησης», ανέφερε ο Μπόγνταν.

Πρόσθεσε επίσης ότι το μοντέλο θα μπορούσε να βοηθήσει στην καλύτερη κατανόηση τόσο της φυσιολογικής γήρανσης όσο και της εξέλιξης των νευροεκφυλιστικών ασθενειών. Στο μέλλον, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να εκτιμήσει ποια θεραπεία θα ήταν πιο αποτελεσματική για κάθε άτομο.

Προοπτικές για το μέλλον

Η μελέτη έδειξε επίσης ότι η ταχύτητα γήρανσης του εγκεφάλου διαφέρει μεταξύ διαφορετικών περιοχών του εγκεφάλου. Η διερεύνηση αυτών των διαφορών –και πώς επηρεάζονται από γενετικούς, περιβαλλοντικούς και τρόπους ζωής παράγοντες– θα μπορούσε να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για την ανάπτυξη διαφόρων παθολογιών του εγκεφάλου.

Επιπλέον, οι ερευνητές διαπίστωσαν διαφορές στον ρυθμό γήρανσης του εγκεφάλου μεταξύ των φύλων, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί άνδρες και γυναίκες έχουν διαφορετικούς κινδύνους για νευροεκφυλιστικές διαταραχές, όπως η νόσος Αλτσχάιμερ.

Ο Ιρίμια τόνισε ότι το νέο μοντέλο θα μπορούσε να βοηθήσει στον εντοπισμό ατόμων με επιταχυμένη γήρανση του εγκεφάλου πριν εμφανίσουν συμπτώματα γνωστικής εξασθένησης.

«Ένα από τα μεγάλα ενδιαφέροντα του εργαστηρίου μου είναι η εκτίμηση του κινδύνου για Αλτσχάιμερ. Θα θέλαμε κάποτε να μπορούμε να πούμε: "Αυτή τη στιγμή, φαίνεται ότι αυτό το άτομο έχει 30% κίνδυνο για Αλτσχάιμερ". Δεν είμαστε ακόμα εκεί, αλλά εργαζόμαστε προς αυτή την κατεύθυνση», ανέφερε.

«Πιστεύω ότι αυτή η μέτρηση θα είναι πολύ χρήσιμη για την πρόγνωση και την πρόβλεψη του κινδύνου Αλτσχάιμερ. Αυτό θα ήταν εξαιρετικά ισχυρό, ειδικά καθώς αρχίζουμε να αναπτύσσουμε φάρμακα για την πρόληψη της νόσου».

(Πηγή: EurekAlert)