Οι σαρώσεις συνδεσιμότητας θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως «σχεδιαγράμματα» του εγκεφάλου για τους εφήβους

Ερευνητές του Κέντρου Translational Research in Neuroimaging and Data Science (TReNDs) στο Georgia State εντόπισαν σημαντικές νέες μεθόδους για τον ακριβή εντοπισμό πιθανών βιοδεικτών στον εγκέφαλο των εφήβων που μπορούν να προβλέψουν αξιόπιστα τις γνωστικές εξελίξεις και τα ψυχιατρικά ζητήματα.

Μια νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Mental Health, αντιπροσωπεύει την πρώτη μεγάλης κλίμακας ανάλυση του είδους της, στην οποία οι ερευνητές ανέλυσαν τη λειτουργική συνδεσιμότητα δικτύου (FNC) σε σαρώσεις και εντόπισαν συσχετίσεις με ποικίλα μέτρα υγείας στα παιδιά. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι συμπεράσματα σχετικά με τις πρώιμες γνωστικές και ψυχιατρικές συμπεριφορές στα παιδιά μπορούν να γίνουν χρησιμοποιώντας αυτές τις μεταβλητές εντός του θέματος ως χρήσιμο βιοδείκτη. Οι ερευνητές μελέτησαν τέσσερις σαρώσεις από περισσότερα από 9.000 άτομα ηλικίας 9 έως 11 ετών.

Ο νευροεπιστήμονας, διακεκριμένος καθηγητής Πανεπιστημίου και επικεφαλής του Κέντρου TReNDS στο Georgia State Vince Calhoun συνεργάστηκε με την ερευνητική ομάδα για την ανάπτυξη της μελέτης. Είπε ότι η έρευνα δείχνει ότι ανεξάρτητα από την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του εγκεφάλου, το FNC ενός παιδιού είναι ισχυρό και σταθερό με υψηλή ομοιότητα στις σαρώσεις και μπορεί να χρησιμεύσει ως δακτυλικό αποτύπωμα για την αναγνώριση ενός μεμονωμένου παιδιού από μια μεγάλη ομάδα. «Αυτή η μελέτη είναι αρκετά συναρπαστική καθώς δείχνει την υπόσχεση χρήσης προηγμένης μηχανικής μάθησης για τον εντοπισμό προτύπων του εγκεφάλου που θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να παρέμβουμε νωρίς σε παιδιά που διατρέχουν μεγαλύτερο κίνδυνο για γνωστικά ή ψυχιατρικά προβλήματα», δήλωσε ο Calhoun, ο οποίος είναι ο ανώτερος συγγραφέας του μελέτη.

Οι ερευνητές λένε ότι η λειτουργική συνδεσιμότητα του εγκεφάλου που προέρχεται από τη λειτουργική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (fMRI) χρησιμοποιείται συνήθως ως πιθανό σχέδιο για ενήλικες. Ωστόσο, πιστεύουν ότι η ενδο-υποκειμενική παραλλαγή του FNC μπορεί να μεταφέρει βιολογικά σημαντικές πληροφορίες, ειδικά κατά την εφηβεία, που είναι μια περίοδος σημαντικής αλλαγής στον εγκέφαλο. Ο κύριος ερευνητής Zening Fu είπε ότι η μελέτη καταδεικνύει ότι η μεταβλητότητα της λειτουργικής συνδεσιμότητας μπορεί να προβλέψει ένα ευρύ φάσμα της συμπεριφοράς των παιδιών, συμπεριλαμβανομένης της γνωστικής λειτουργίας, της ψυχικής υγείας και των συνθηκών ύπνου.

“Οι περισσότερες προηγούμενες μελέτες fMRI πιστεύουν ότι η λειτουργική συνδεσιμότητα σε κατάσταση ηρεμίας μπορεί να παρέχει ένα δακτυλικό αποτύπωμα ενός ατόμου και ότι η μεταβλητότητα στη συνδεσιμότητα οφείλεται σε θόρυβο ή άλλα συγχυτικά αποτελέσματα”, δήλωσε ο Fu. “Ωστόσο, διαπιστώσαμε ότι οι παραλλαγές του εξατομικευμένου FNC σε όλες τις σαρώσεις είναι αξιοσημείωτες και μεταφέρουν ψυχολογικές και φυσιολογικές πληροφορίες που υποκρύπτουν διακριτούς φαινοτύπους συμπεριφοράς στα παιδιά. Οι πολυπαραγοντικές μέθοδοι θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην καταγραφή πολύ μεγαλύτερων επιπτώσεων μεταξύ της σταθερότητας του FNC και της συμπεριφοράς των παιδιών.”

Η ερευνητική ομάδα μπόρεσε να προβλέψει με εκπληκτική ακρίβεια μια σειρά από καταστάσεις ή αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένων των γνωστικών επιδόσεων και των ψυχιατρικών προβλημάτων. Οι ερευνητές μπόρεσαν επίσης να προβλέψουν τις συνθήκες ύπνου και τη χρήση της οθόνης με βάση τη σταθερότητα του FNC. Επιπλέον, κατάφεραν να εντοπίσουν συσχετίσεις εγκεφάλου-συμπεριφοράς με την ψυχοπαθολογία των γονέων και την προγεννητική έκθεση στη μαριχουάνα και άλλα ναρκωτικά. Ο Φου εξήγησε πώς είναι σε θέση να διαβάσουν τα αποτελέσματα και, σε πολλές περιπτώσεις, να προβλέψουν τα αποτελέσματα στα παιδιά με βάση τις σαρώσεις με την πάροδο του χρόνου.

“Η σταθερότητα του FNC στην παρούσα εργασία μας ορίζεται ως η μεταβλητότητα ή οι αλλαγές στη λειτουργική συνδεσιμότητα κατάστασης ηρεμίας σε όλες τις σαρώσεις (μετρήσεις)”, είπε ο Fu. “Δηλαδή, εάν ένα θέμα έχει συλλεχθεί χρησιμοποιώντας σαρώσεις fMRI σε κατάσταση ηρεμίας πολλές φορές, η λειτουργική συνδεσιμότητα που εκτιμάται χρησιμοποιώντας κάθε σάρωση fMRI θα πρέπει να είναι διαφορετική, ακόμα κι αν είναι από το ίδιο θέμα. Αυτή η διαφορά ή μεταβλητότητα δεν είναι ασήμαντη, αλλά βιολογικά Τα άτομα με μεγαλύτερη μεταβλητότητα FNC (μικρότερη σταθερότητα) μπορεί να τείνουν να έχουν χαμηλότερη γνωστική απόδοση και περισσότερα προβλήματα ψυχικής υγείας.”

Σε μια δεύτερη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Biol Psychiatry, έρευνα που διεξήχθη στο Κέντρο TReNDS με επικεφαλής τον Weizheng Yan διαπιστώνει ότι η λειτουργική συνδεσιμότητα δικτύου, η οποία αναδιαμορφώνεται σταθερά με την πάροδο του χρόνου, περιέχει δυνητικά άφθονες πληροφορίες για την αξιολόγηση ψυχιατρικών κινδύνων. Ο Yan είναι πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητικός συνεργάτης του Κέντρου TReNDS και τώρα συνεργάζεται με τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας.

Ως μέρος της μελέτης, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια βαθμολογία κινδύνου σε επίπεδο εγκεφάλου (BRS), μια νέα μέτρηση που βασίζεται σε FNC που αντιπαραβάλλει τις σχετικές αποστάσεις του FNC ενός ατόμου σε εκείνο των ψυχιατρικών διαταραχών έναντι των αναφορών υγιούς ελέγχου. Η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε ότι το BRS αποκάλυψε μια ξεχωριστή, επαναλαμβανόμενη κλίση προτύπων FNC για κάθε ψυχιατρική διαταραχή σε περισσότερους από 8.000 ανεπηρέαστους εφήβους, που κυμαίνονταν από χαμηλού έως υψηλού κινδύνου. Το BRS θα μπορούσε επίσης να εντοπίσει άτομα με πρώιμη ψύχωση από υγιείς μάρτυρες και να προβλέψει τις βαθμολογίες ψύχωσης.

Για να δημιουργήσουν αναφορές διαταραχής σε επίπεδο ομάδας και υγιούς ελέγχου, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα μεγάλο σύνολο δεδομένων απεικόνισης εγκεφάλου που περιείχε περισσότερα από 5.000 άτομα με διάγνωση σχιζοφρένειας, φάσματος αυτισμού, μείζονες καταθλιπτικές και διπολικές διαταραχές και τους αντίστοιχους υγιείς ελέγχους. Τα ευρήματα δείχνουν ότι το BRS θα μπορούσε να είναι ένα νέο εργαλείο βασισμένο σε εικόνες για την αξιολόγηση της ψυχιατρικής ευαλωτότητας με την πάροδο του χρόνου και σε μη προσβεβλημένα άτομα και θα μπορούσε επίσης να χρησιμεύσει ως πιθανός βιοδείκτης, διευκολύνοντας τον έγκαιρο έλεγχο και τις παρεμβάσεις παρακολούθησης.

Και οι δύο μελέτες χρησιμοποίησαν μια πολυτροπική βάση δεδομένων γνωστή ως Μελέτη Γνωστικής Ανάπτυξης Εγκεφάλου Εφήβων (ABCD). Το σύνολο δεδομένων περιέχει ένα ευρύ φάσμα μετρήσεων της ψυχικής υγείας, της γνωστικής ικανότητας και άλλων παραγόντων που σχετίζονται με την υγεία που έχει βρεθεί ότι είναι χρήσιμοι στην εξέταση της σύνδεσης μεταξύ των εφηβικών συμπεριφορών και της εγκεφαλικής λειτουργίας.

Το Translational Research in Neuroimaging and Data Science Center (TReNDS) είναι μια συνεργασία μεταξύ του Georgia State University, του Georgia Institute of Technology και του Emory University. Επικεντρώνεται στην ανάπτυξη, εφαρμογή και κοινή χρήση προηγμένων αναλυτικών προσεγγίσεων και νευροπληροφορικών εργαλείων που αξιοποιούν την υπερσύγχρονη απεικόνιση του εγκεφάλου και την ανάλυση δεδομένων μεγάλης κλίμακας με στόχο τη μετάφραση αυτών των προσεγγίσεων σε βιοδείκτες που μπορούν να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση σχετικών περιοχών υγείας και ασθενειών του εγκεφάλου.