发布日期： 2024年08月21日
来源：Nature Medicine
文章内容
一项对近5万份脑部扫描的分析揭示了与衰老和神经退行性疾病相关的五种不同的脑萎缩模式。该分析还将这种模式与吸烟和饮酒等生活方式因素，以及与健康状况和疾病风险相关的遗传和血液标志物联系起来。
这项工作是“方法论上的绝技”，可以极大地推进研究人员对衰老的理解，洛杉矶南加州大学的老年学家Andrei Irimia说，他没有参与这项工作。“在这项研究之前，我们知道大脑解剖结构会随着年龄和疾病而变化。但我们掌握这种复杂相互作用的能力要有限得多。”
这项研究发表在8月15日的《Nature Medicine》杂志上。
衰老不仅会导致头发变白，还会导致大脑解剖结构的变化，这在磁共振成像(MRI)扫描中是可见的，随着时间的推移，一些区域会萎缩或发生结构变化。但这些转变是微妙的。这篇论文的作者之一、费城宾夕法尼亚大学的生物医学成像专家Christos Davatzikos说：“人眼无法感知与这种衰退相关的系统性大脑变化模式”。
先前的研究表明，机器学习方法可以从MRI数据中提取衰老的细微指纹。但这些研究的范围往往有限，而且大多数研究的数据来自相对较少的人群。
为了确定更广泛的模式，Davatzikos的团队开始了一项研究，花了大约八年的时间完成并发表。他们使用了一种名为Surreal-GAN的深度学习方法，该方法是由第一作者Zhijian Yang在Davatzikos实验室读研究生时开发的。科学家们对1150名年龄在20岁至49岁之间的健康人以及8992名老年人的大脑核磁共振成像进行了训练，其中包括许多认知能力下降的人。这教会了算法识别老化大脑的反复出现的特征，使其能够创建一个内部解剖结构模型，该模型倾向于同时变化，而不是倾向于独立变化。
然后，研究人员将所得到的模型应用于近5万人的核磁共振扫描，这些人参与了各种衰老和神经健康研究。这一分析得出了五种不同的脑萎缩模式。科学家们将不同类型的与年龄相关的大脑退化与这五种模式的组合联系起来，尽管具有相同条件的个体之间存在一些差异。
例如，痴呆及其前兆轻度认知障碍与五种模式中的三种有关。有趣的是，研究人员还发现了证据，表明他们发现的模式可能被用来揭示未来更多大脑退化的可能性。“如果你想预测从认知正常状态到轻度认知障碍的进展，一种模式是迄今为止最具预测性的，”Davatzikos说。“在后期阶段，第二种模式的加入丰富了你的预测，这是有道理的，因为这在某种程度上捕捉到了病理的传播。”其他模式与帕金森病和阿尔茨海默病等疾病有关，三种模式的一种组合可以高度预测死亡率。
作者发现，脑萎缩的某些模式与各种生理和环境因素之间存在明显的联系，包括饮酒和吸烟，以及各种与健康相关的遗传和生化特征。Davatzikos说，这些结果可能反映了整体身体健康对神经系统健康的影响，因为其他器官系统的损伤会对大脑产生影响。
然而，Davatzikos警告说，这项研究“并不意味着一切都可以归结为五个数字”，他的团队正在寻找包括更广泛的神经系统疾病和更大的种族和民族多样性的数据集。
交流讨论
首次使用非病毒CRISPR来纠正镰状细胞突变
Nature Medicine：遗传因素导致英国亚裔2型糖尿病的早期发病和并发症
一些癌细胞为什么能在化疗下存活？
