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你的腦齡多大了?

人類的大腦掌握著許多關(guān)于一個(gè)人長(zhǎng)期健康的線索。事實(shí)上,研究表明,一個(gè)人的大腦年齡是一個(gè)比他們的出生日期更有用和更準(zhǔn)確的健康風(fēng)險(xiǎn)和未來疾病的預(yù)測(cè)因素。

《科學(xué)博客》

2023年1月7日消息

現(xiàn)在,由南加州大學(xué)(University of Southern California,USC)研究人員開發(fā)的一種新的人工智能(AI)模型可以分析磁共振成像(MRI)腦部掃描,可以用于準(zhǔn)確捕捉與阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的認(rèn)知能力下降,比以往的方法更早。

腦老化被認(rèn)為是神經(jīng)退行性疾病風(fēng)險(xiǎn)的可靠生物標(biāo)志物。當(dāng)一個(gè)人的大腦表現(xiàn)出比同齡人預(yù)期的更“老”的特征時(shí),這種風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增加。通過利用該團(tuán)隊(duì)新型人工智能模型的深度學(xué)習(xí)能力來分析掃描結(jié)果,研究人員可以檢測(cè)出微妙的大腦解剖標(biāo)記,這些標(biāo)記在其他情況下很難檢測(cè)到,并且與認(rèn)知能力下降相關(guān)。他們的研究結(jié)果近日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences,PNAS)上, 讓我們對(duì)人類認(rèn)知有了前所未有的了解。

研究于2023年1月3日發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》(最新影響因子:12.779)雜志上

“我們的研究利用深度學(xué)習(xí)的力量來識(shí)別大腦中正在衰老的區(qū)域,這些區(qū)域反映了可能導(dǎo)致阿爾茨海默病的認(rèn)知能力下降,” USC 倫納德·戴維斯老年醫(yī)學(xué)學(xué)院(Leonard Davis School of Gerontology)的老年學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、定量和計(jì)算生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)助理教授、該研究的通訊作者 Andrei Irimia 說。

人們衰老的速度不同,身體組織類型也不同。當(dāng)我們說“某某人四十歲,但看起來像三十歲”時(shí),我們就知道這一點(diǎn)。同樣的想法也適用于大腦。40 歲的人的大腦看起來可能像 30 歲的人的大腦一樣‘年輕’,也可能像 60 歲的人一樣‘老’!

一種比現(xiàn)有方法更準(zhǔn)確的替代方法

Irimia 和他的團(tuán)隊(duì)整理了 4,681 名認(rèn)知正常的參與者的大腦磁共振成像,其中一些人在晚年出現(xiàn)了認(rèn)知能力下降或阿爾茨海默病。

利用這些數(shù)據(jù),他們創(chuàng)建了一個(gè)名為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能模型,通過參與者的大腦磁共振成像來預(yù)測(cè)他們的年齡。首先,研究人員訓(xùn)練該網(wǎng)絡(luò)生成詳細(xì)的大腦解剖圖,以揭示特定的衰老模式。然后,他們將研究參與者的感知(生物學(xué))大腦年齡與實(shí)際(時(shí)序)年齡進(jìn)行了比較。兩者之間的差異越大,參與者的認(rèn)知評(píng)分就越差,這反映了阿爾茨海默病的風(fēng)險(xiǎn)就越高。

結(jié)果表明,該團(tuán)隊(duì)的模型可以預(yù)測(cè)認(rèn)知正常參與者的真實(shí)年齡(實(shí)足年齡),平均絕對(duì)誤差為 2.3 年,這比現(xiàn)有的使用不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的腦年齡估算模型要準(zhǔn)確大約一年。

可解讀的人工智能可以成為評(píng)估阿爾茨海默病和其他神經(jīng)認(rèn)知疾病風(fēng)險(xiǎn)的強(qiáng)大工具,” Irimia 說,他還在 USC Viterbi 工程學(xué)院和 USC Dornsife 文理學(xué)院擔(dān)任教職,“我們?cè)皆缱R(shí)別出阿爾茨海默病的高危人群,臨床醫(yī)師就能越早對(duì)治療方案、監(jiān)測(cè)和疾病管理進(jìn)行干預(yù)。人工智能的強(qiáng)大之處在于它能夠捕捉到其他方法無法捕捉到的微妙和復(fù)雜的衰老特征,這是在一個(gè)人患病多年前識(shí)別其風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵!

大腦的年齡因性別而異

新模型還揭示了不同大腦區(qū)域的性別差異。男性大腦的某些部分比女性衰老得更快,反之亦然。

男性更容易因帕金森病而出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)障礙,他們的大腦運(yùn)動(dòng)皮層(負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)功能的區(qū)域)衰老得更快。研究結(jié)果還表明,在女性中,典型的衰老可能在右腦相對(duì)較慢。

一個(gè)新興的研究領(lǐng)域顯示了個(gè)性化醫(yī)療的前景

這項(xiàng)工作的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了疾病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。Irimia 設(shè)想了這樣一個(gè)世界:作為研究的一部分開發(fā)的新型深度學(xué)習(xí)方法可以幫助人們了解自己的總體衰老速度。

Irimia 說:“我們的工作最重要的應(yīng)用之一是,它有可能為針對(duì)每個(gè)人獨(dú)特的衰老模式的定制干預(yù)措施鋪平道路。”

“很多人會(huì)對(duì)自己的真實(shí)衰老速度感興趣。這些信息可以為我們提供有關(guān)不同生活方式改變或干預(yù)措施的線索,人們可以采取這些措施來改善他們的整體健康和福祉。我們的方法可以用來設(shè)計(jì)以患者為中心的治療計(jì)劃和個(gè)性化的大腦衰老地圖,這些可能會(huì)讓有不同健康需求和目標(biāo)的人感興趣!

創(chuàng)立于1880年的南加州大學(xué)

參考文獻(xiàn)

Source:Universityof Southern California

How old is your brain, really? AI-poweredanalysis accurately reflects risk of cognitive decline and Alzheimer’s diseasebased on brain age

Reference:

Yin C, Imms P, Cheng M, Amgalan A,Chowdhury NF, Massett RJ, Chaudhari NN, Chen X, Thompson PM, Bogdan P, IrimiaA; Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative. Anatomically interpretable deeplearning of brain age captures domain-specific cognitive impairment. Proc NatlAcad Sci U S A. 2023 Jan 10;120(2):e2214634120. doi: 10.1073/pnas.2214634120.Epub 2023 Jan 3. PMID: 36595679.

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