Tutkijat luovat aivien ikäennustemallin, joka perustuu tekoälyyn

Tutkijat Radiological Society of North America -järjestössä ovat kehittäneet tekoälyyn (AI) perustuvan aivien ikäennustemallin, joka voi mittailla poikkeamat terveestä aivien vanhenemispolusta potilailla, joilla on lievä kognitiivinen heikkous. 

Tutkimus julkaistiin kesäkuussa Radiology: Artificial Intelligence -julkaisussa.

Kognitiivisen heikkouden varhainen havaitseminen

Tutkijoiden mukaan mallia voidaan käyttää kognitiivisen heikkouden varhaiseen havaitsemiseen. 

Potilaat, joilla on amnestinen lievä kognitiivinen heikkous (aMCI), joka on siirtymävaihe normaalista vanhenemisesta Alzheimerin tautiin, ovat muistihäiriöistä kärsivät, jotka ovat vakavampia kuin normaaliin ikään ja koulutukseen verrattuna. Kuitenkaan ne eivät ole vakavia tarpeeksi vaikuttaakseen päivittäiseen toimintakykyyn. 

Tutkimukseen osallistui Ni Shu, Ph.D., State Key Laboratory of Cognitive Neuroscience and Learning, Beijing Normal University, Pekingissä, Kiinassa, sekä muut tutkijat. 

Tutkijaryhmä käytti koneoppimismenetelmää kouluttaakseen aivien ikäennustemallin, joka perustui 974 terveen aikuisen T1-painotettuihin MR-kuvauksiin, ikähaarukassa 49,3-95,4 vuotta. 

Koulutetun mallin soveltamisen jälkeen arvioitiin aMCI-potilaiden ennustettu ikäero tietokannoissa Beijing Aging Brain Rejuvenation Initiative, johon kuului 616 terve kontrollia ja 80 aMCI-potilasta, sekä Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative, johon kuului 589 terve kontrollia ja 144 aMCI-potilasta.

Lisäksi tutkijaryhmä tarkasteli yhteyksiä ennustetun ikäeron ja kognitiivisen heikkouden, geneettisten riskitekijöiden, Alzheimerin taudin patologisen biomerkkien ja kliinisen etenemisen välillä aMCI-potilailla.  

Tutkimuksen tulokset

Tutkimuksen tulokset osoittivat, että aMCI-potilailla on aivien vanhenemispolku, joka poikkeaa tyypillisestä normaalista vanhenemispolusta. Ehdotettu aivien ikäennustemalli pystyy mittaamaan yksilöllisiä poikkeamia tästä normaalista polusta. 

Tutkijaryhmä totesi myös, että ennustettu ikäero oli vahvasti yhteydessä yksilölliseen kognitiiviseen heikkouteen aMCI-potilailla muistiin, tarkkaavaisuuteen ja toimeenpanevaan funktioon liittyvissä alueissa. 

“Luomamme ennustemalli oli erittäin tarkin arvioimaan kronologista ikää terveillä osanottajilla pelkästään MRI-kuvien perusteella”, tutkimusraportti toteaa. “Sen sijaan aMCI-potilailla malli arvioi aivien ikäksi keskimäärin yli 2,7 vuotta vanhemman kuin potilaan kronologinen ikä.”

Malli osoitti myös, että progressiiviset aMCI-potilaat kärsivät enemmän poikkeamista tyypillisestä normaalista vanhenemisesta kuin stabiilit aMCI-potilaat. Käyttämällä työkaluja, kuten ennustettu ikäero ja Alzheimerin taudin biomerkkejä, aMCI-potilaiden etenemistä voidaan ennustaa paremmin. 

Yhdistämällä ennustetun ikäeron muihin Alzheimerin taudin biomerkkeihin, voidaan saavuttaa paras suorituskyky erottamaan progressiiviset aMCI-potilaat stabiileista aMCI-potilaista. 

“Tämä työ osoittaa, että ennustettu ikäero voi olla vahva, luotettava ja tietokonepohjainen biomerkki kognitiivisen heikkouden varhaisdiagnostiikkaan ja hoitovasteen seurantaan”, kirjoittavat tutkijat.