Το πρώτο στο είδος του εργαλείο μπορεί να παρακολουθεί μη επεμβατικά τον ρυθμό των εγκεφαλικών αλλαγών αναλύοντας σαρώσεις μαγνητικής τομογραφίας (MRI). Η ταχύτερη γήρανση του εγκεφάλου συσχετίζεται στενά με υψηλότερο κίνδυνο γνωστικής εξασθένησης, δήλωσε ο Andrei Irimia, αναπληρωτής καθηγητής γεροντολογίας, βιοϊατρικής μηχανικής, ποσοτικής και υπολογιστικής βιολογίας και νευροεπιστήμης στο USC Leonard Davis School of Gerontology και επισκέπτης αναπληρωτής καθηγητής ψυχολογικής ιατρικής στο King’s College του Λονδίνου.

«Πρόκειται για 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», είπε. «Το να γνωρίζεις πόσο γρήγορα γερνάει ο εγκέφαλος μπορεί να είναι ισχυρό».

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στις 24 Φεβρουαρίου 2025 στο Proceedings of the National Academy of Sciences.

Βιολογική ηλικία εγκεφάλου έναντι χρονολογικής ηλικίας
Η βιολογική ηλικία είναι διαφορετική από τη χρονολογική ηλικία ενός ατόμου, είπε η Ιρίμια, ανώτερη συγγραφέας της μελέτης που περιγράφει το νέο μοντέλο και την προγνωστική του δύναμη. Δύο άτομα που έχουν την ίδια ηλικία με βάση την ημερομηνία γέννησής τους μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικές βιολογικές ηλικίες λόγω του πόσο καλά λειτουργεί το σώμα τους και πόσο «παλαιοί» φαίνονται οι ιστοί του σώματος να είναι σε κυτταρικό επίπεδο.

Η μέτρηση της βιολογικής ηλικίας από δείγματα αίματος είναι μια κακή στρατηγική για τη μέτρηση της ηλικίας του εγκεφάλου, εξήγησε η Irimia. Το φράγμα μεταξύ του εγκεφάλου και της κυκλοφορίας του αίματος εμποδίζει τα κύτταρα του αίματος να περάσουν στον εγκέφαλο, έτσι ώστε ένα δείγμα αίματος από το χέρι κάποιου να μην αντανακλά άμεσα τη μεθυλίωση (θεμελιώδης βιοχημική διαδικασία) και άλλες διαδικασίες που σχετίζονται με τη γήρανση στον εγκέφαλο. Αντίθετα, η λήψη δείγματος απευθείας από τον εγκέφαλο ενός ασθενούς είναι μια πολύ πιο επεμβατική διαδικασία, καθιστώντας αδύνατη τη μέτρηση της μεθυλίωσης του DNA και άλλων πτυχών της γήρανσης του εγκεφάλου απευθείας από ζωντανά ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα.

Προηγούμενη έρευνα από την Irimia και τους συνεργάτες της τόνισε τη δυνατότητα των μαγνητικής τομογραφίας να μετρήσουν μη επεμβατικά τη βιολογική ηλικία του εγκεφάλου. Το προηγούμενο μοντέλο χρησιμοποιούσε ανάλυση τεχνητής νοημοσύνης για να συγκρίνει την ανατομία του εγκεφάλου ενός ασθενούς με δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από μαγνητικές τομογραφίες χιλιάδων ανθρώπων διαφόρων ηλικιών και γνωστικά αποτελέσματα υγείας.

Ωστόσο, η εγκάρσια φύση της ανάλυσης μιας μαγνητικής τομογραφίας για την εκτίμηση της ηλικίας του εγκεφάλου είχε σημαντικούς περιορισμούς, είπε. Ενώ το προηγούμενο μοντέλο μπορούσε, για παράδειγμα, να πει εάν ο εγκέφαλος ενός ασθενούς ήταν δέκα χρόνια «μεγαλύτερος» από την ημερολογιακή του ηλικία, δεν μπορούσε να δώσει πληροφορίες για το εάν αυτή η πρόσθετη γήρανση συνέβη νωρίτερα ή αργότερα στη ζωή του, ούτε θα μπορούσε να δείξει εάν η γήρανση του εγκεφάλου επιταχύνθηκε.

Μια πιο ακριβής εικόνα της γήρανσης του εγκεφάλου

Ένα τρισδιάστατο νευρωνικό δίκτυο που αναπτύχθηκε πρόσφατα (3D-CNN) προσφέρει έναν πιο ακριβή τρόπο μέτρησης του τρόπου με τον οποίο γερνά ο εγκέφαλος με την πάροδο του χρόνου. Αφού δημιουργήθηκε σε συνεργασία με τον Paul Bogdan, αναπληρωτή καθηγητή ηλεκτρολογίας και μηχανικής υπολογιστών και κάτοχο της έδρας Jack Munushian Early Career Chair στο USC Viterbi School of Engineering, το μοντέλο εκπαιδεύτηκε και επικυρώθηκε σε περισσότερες από 3.000 μαγνητικές τομογραφίες γνωστικά φυσιολογικών ενηλίκων.

Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές προσεγγίσεις διατομής, οι οποίες υπολογίζουν την ηλικία του εγκεφάλου από μία σάρωση σε ένα μόνο χρονικό σημείο, αυτή η διαχρονική μέθοδος συγκρίνει τις σαρώσεις βασικής γραμμής και παρακολούθησης μαγνητικής τομογραφίας από το ίδιο άτομο. Ως αποτέλεσμα, εντοπίζει με μεγαλύτερη ακρίβεια τις νευροανατομικές αλλαγές που συνδέονται με την επιτάχυνση ή την επιβράδυνση της γήρανσης. Το 3D-CNN δημιουργεί επίσης ερμηνεύσιμους «χάρτες εξέχουσας σημασίας», οι οποίοι υποδεικνύουν τις συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου που είναι πιο σημαντικές για τον προσδιορισμό του ρυθμού γήρανσης, είπε ο Bogdan.

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 που δόθηκαν και στα δύο χρονικά σημεία.

«Η ευθυγράμμιση αυτών των μέτρων με τα αποτελέσματα των γνωστικών δοκιμών δείχνει ότι το πλαίσιο μπορεί να χρησιμεύσει ως πρώιμος βιοδείκτης νευρογνωστικής έκπτωσης», είπε ο Μπόγκνταν. «Επιπλέον, καταδεικνύει την εφαρμογή του τόσο σε γνωστικά φυσιολογικά άτομα όσο και σε άτομα με γνωστική έκπτωση».

Πρόσθεσε ότι το μοντέλο έχει τη δυνατότητα να χαρακτηρίζει καλύτερα τις τροχιές της υγιούς γήρανσης και της νόσου και η προγνωστική του ισχύς θα μπορούσε κάποτε να εφαρμοστεί στην αξιολόγηση ποιες θεραπείες θα ήταν πιο αποτελεσματικές με βάση τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά.

«Τα ποσοστά γήρανσης του εγκεφάλου συσχετίζονται σημαντικά με αλλαγές στη γνωστική λειτουργία», είπε η Irimia. «Έτσι, εάν έχετε υψηλό ποσοστό γήρανσης του εγκεφάλου, είναι πιο πιθανό να έχετε υψηλό ποσοστό υποβάθμισης στη γνωστική λειτουργία, συμπεριλαμβανομένης της μνήμης, της εκτελεστικής ταχύτητας, της εκτελεστικής λειτουργίας και της ταχύτητας επεξεργασίας».

Στη μελέτη, η Irimia και οι συνεργάτες της σημειώνουν επίσης πώς το νέο μοντέλο ήταν σε θέση να διακρίνει διαφορετικούς ρυθμούς γήρανσης σε διάφορες περιοχές του εγκεφάλου. Η εμβάθυνση σε αυτές τις διαφορές -συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο ποικίλλουν με βάση τη γενετική, το περιβάλλον και τους παράγοντες του τρόπου ζωής- θα μπορούσε να δώσει μια εικόνα για το πώς αναπτύσσονται διαφορετικές παθολογίες στον εγκέφαλο, είπε η Irimia.

Η μελέτη έδειξε επίσης ότι ο ρυθμός γήρανσης του εγκεφάλου σε ορισμένες περιοχές διέφερε μεταξύ των φύλων, γεγονός που μπορεί να ρίξει φως στο γιατί άνδρες και γυναίκες αντιμετωπίζουν διαφορετικούς κινδύνους για νευροεκφυλιστικές διαταραχές, συμπεριλαμβανομένου του Αλτσχάιμερ, πρόσθεσε.

Η Ιρίμια είπε ότι είναι επίσης ενθουσιασμένη για τη δυνατότητα του νέου μοντέλου να εντοπίσει άτομα με γήρανση του εγκεφάλου ταχύτερα από το κανονικό προτού εμφανίσουν συμπτώματα γνωστικής εξασθένησης. Ενώ έχουν εισαχθεί νέα φάρμακα που στοχεύουν το Αλτσχάιμερ, η αποτελεσματικότητά τους ήταν μικρότερη από ό,τι ήλπιζαν οι ερευνητές και οι γιατροί, πιθανώς επειδή οι ασθενείς μπορεί να μην ξεκινήσουν το φάρμακο μέχρι να υπάρχει ήδη μεγάλη παθολογία του Αλτσχάιμερ στον εγκέφαλο, εξήγησε.

«Ένα πράγμα για το οποίο ενδιαφέρεται πολύ το εργαστήριό μου είναι η εκτίμηση του κινδύνου για Αλτσχάιμερ. θα θέλαμε μια μέρα να είμαστε σε θέση να πούμε, “Αυτή τη στιγμή, φαίνεται ότι αυτό το άτομο έχει 30% κίνδυνο για Αλτσχάιμερ. Δεν είμαστε ακόμα εκεί, αλλά εργαζόμαστε πάνω σε αυτό“, είπε η Irimia.

photo: pixabay