Ein neues Modell für künstliche Intelligenz misst, wie schnell das Gehirn eines Patienten altert und nach Angaben von USC -Forschern ein leistungsstarkes neues Instrument zum Verständnis, Vorbeugen und Behandlung von kognitiven Niederlagen und Demenz sein könnte.
Das erstmalige Tool kann das Tempo von Gehirnveränderungen nicht invasiv durch die Analyse der Magnetresonanztomographie (MRT) verfolgen. Das schnellere Altern des Gehirns korreliert eng mit einem höheren Risiko einer kognitiven Beeinträchtigung, sagte Andrei Irimia, Associate Professor für Gerontologie, Biomedizinische Ingenieurwesen, quantitative und rechnerische Biologie und Neurowissenschaften an der USC Leonard Davis School of Gerontology und besuchender Associate Professor of Psychological Medicine am King’s College London .
„Dies ist eine neuartige Messung, die die Art und Weise verändern könnte, wie wir die Gehirngesundheit sowohl im Forschungslabor als auch in der Klinik verfolgen“, sagte er. „Zu wissen, wie schnell das Gehirn des Alterns ist, kann mächtig sein.“
Irimia ist der leitende Autor der Studie, das das neue Modell und seine Vorhersagekraft beschreibt. Die Studie wurde am 24. Februar 2025 in veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Biologisches Gehirnalter im Vergleich zum chronologischen Alter
Das biologische Alter unterscheidet sich von dem chronologischen Alter eines Individuums, sagte Irimia. Zwei Menschen, die auf ihrem Geburtsdatum gleich alt sind, können sehr unterschiedliche biologische Zeitalter haben, da ihr Körper funktioniert und wie „alt“ das Körpergewebe auf zellulärer Ebene zu sein scheinen.
Einige häufige Messungen des biologischen Alters verwenden Blutproben, um die epigenetische Alterung und DNA -Methylierung zu messen, was die Rolle von Genen in der Zelle beeinflusst. Die Messung des biologischen Alters aus Blutproben ist jedoch eine schlechte Strategie zur Messung des Alters des Gehirns, erklärte die Unerimie. Die Barriere zwischen dem Gehirn und dem Blutkreislauf verhindert, dass die Blutzellen in das Gehirn übergehen, so dass eine Blutprobe aus dem Arm nicht direkt die Methylierung und andere altersbedingte Prozesse im Gehirn widerspiegelt. Umgekehrt ist die Einnahme einer Probe direkt aus dem Gehirn eines Patienten ein viel invasiveres Verfahren, wodurch es unmöglich ist, die DNA -Methylierung und andere Aspekte des Gehirns direkt aus lebenden menschlichen Gehirnzellen zu messen.
Frühere Untersuchungen von Irimia und Kollegen haben das Potenzial von MRT-Scans hervorgehoben, das biologische Alter des Gehirns nicht invasiv zu messen. Das frühere Modell verwendete die AI -Analyse, um die Gehirnanatomie eines Patienten mit Daten zu vergleichen, die aus den MRT -Scans von Tausenden von Menschen in verschiedenen Altersgruppen und kognitiven Gesundheitsergebnissen zusammengestellt wurden.
Die Querschnittsfähigkeit der Analyse eines MRT-Scans zur Schätzung des Gehirnalters habe jedoch erhebliche Einschränkungen aufgetreten, sagte er. Während das Vorgängermodell beispielsweise sagen konnte, ob das Gehirn eines Patienten zehn Jahre „älter“ als ihr Kalenderalter war, konnte es weder Informationen darüber liefern Altern wurde beschleunigt.
Ein genaueres Bild des Gehirnalterung
Ein neu entwickeltes dreidimensionales Faltungsfischnetz (3D-CNN) bietet eine genauere Möglichkeit, zu messen, wie das Gehirn im Laufe der Zeit altert. Das Modell wurde in Zusammenarbeit mit Paul Bogdan, Associate Professor für Elektro- und Computertechnik und Inhaber des Jack Munushian Early Career Chair an der USC Viterbi School of Engineering, gegründet.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Querschnittsansätzen, die das Gehirnalter von einem Scan zu einem Zeitpunkt abschätzen, vergleicht diese Längsschnittmethode die MRT-Scans der Basis- und Follow-up-MRT von derselben Person. Infolgedessen werden neuroanatomische Veränderungen genauer angezeigt, die an beschleunigte oder verlangsamte Altern gebunden sind. Der 3D-CNN erzeugt auch interpretierbare „Außendienstkarten“, die auf die spezifischen Hirnregionen hinweisen, die für die Bestimmung des Alterntempos am wichtigsten sind, sagte Bogdan.
Bei einer Gruppe von 104 kognitiv gesunden Erwachsenen und 140 Alzheimer -Krankheitspatienten korrelierten die Berechnungen der Neualternung des neuen Modells eng mit Veränderungen der kognitiven Funktionstests, die zu beiden Zeitpunkten angegeben wurden.
„Die Ausrichtung dieser Maßnahmen mit kognitiven Testergebnissen zeigt, dass der Rahmen als früher Biomarker für den neurokognitiven Rückgang dienen kann“, sagte Bogdan. „Darüber hinaus zeigt es seine Anwendbarkeit sowohl bei kognitiv normalen Individuen als auch bei solchen mit kognitiven Beeinträchtigungen.“
Er fügte hinzu, dass das Modell das Potenzial hat, sowohl gesunde Alterung als auch Krankheitsbahnen besser zu charakterisieren, und seine Vorhersagekraft könnte eines Tages auf die Beurteilung angewendet werden, welche Behandlungen aufgrund individueller Merkmale wirksamer wären.
„Die Raten der Gehirnalterung korrelieren signifikant mit Veränderungen der kognitiven Funktion“, sagte Irimia. „Wenn Sie also über eine hohe Rate an Gehirnalterung verfügen, haben Sie eher eine hohe Verschlechterung der kognitiven Funktion, einschließlich Speicher, Führungsgeschwindigkeit, Exekutivfunktion und Verarbeitungsgeschwindigkeit. Es handelt sich nicht nur um eine anatomische Maßnahme; die Messung, die Messung, die Messung, die Messung; Veränderungen, die wir in der Anatomie sehen, sind mit Veränderungen verbunden, die wir in der Wahrnehmung dieser Individuen sehen. „
Nach vorne schauen
In der Studie stellen Irimia und Co -Autoren auch fest, wie das neue Modell unterschiedliche Alterungsraten in verschiedenen Regionen des Gehirns unterscheiden konnte. Das Eintauchen in diese Unterschiede -einschließlich der variierenden Art und Weise, wie sie je nach Faktoren der Genetik, Umwelt und Lebensstil variieren -könnte einen Einblick in die Entwicklung verschiedener Pathologien im Gehirn geben, sagte Irimia.
Die Studie zeigte auch, dass sich das Tempo des Gehirnalterung in bestimmten Regionen zwischen den Geschlechtern unterscheidet, was möglicherweise Licht darauf hin würde, warum Männer und Frauen unterschiedliche Risiken für neurodegenerative Erkrankungen haben, einschließlich Alzheimer, fügte er hinzu.
Irimia sagte, er sei auch über das Potenzial des neuen Modells begeistert, Menschen mit schneller als normaler Gehirnalterung zu identifizieren, bevor sie Symptome einer kognitiven Beeinträchtigung aufweisen. Während neue Arzneimittel, die auf Alzheimer abzielen, eingeführt wurden, war ihre Wirksamkeit weniger als Forscher und Ärzte erhofft, möglicherweise weil Patienten möglicherweise erst dann das Medikament gründen, bis es bereits viel Alzheimer -Pathologie im Gehirn vorhanden ist, erklärte er.
„Eine Sache, an der mein Labor sehr interessiert ist, ist das Abschätzung des Risikos für Alzheimer. Wir möchten eines Tages sagen: ‚Im Moment sieht es so aus, als hätte diese Person ein Risiko von 30% für Alzheimer.‘ Wir sind noch nicht da, aber wir arbeiten daran „, sagte Irimia. „Ich denke, diese Art von Maß wird sehr hilfreich sein, um prognostische Variablen zu produzieren und das Risiko von Alzheimer zu prognostizieren. Dies wäre wirklich mächtig, zumal wir anfangen, potenzielle Medikamente zur Prävention zu entwickeln.“
