Onderzoekers ontrafelen mysteries van het hart en voorspellen hartziekten met AI

Onlangs hebben twee studies over het hart gebruik gemaakt van AI-algoritmen om een beter begrip te krijgen van hoe het hart functioneert en falen. Een team van onderzoekers heeft artificiële intelligentie-algoritmen gebruikt om inzicht te krijgen in hoe de vorm van de spieren van het hart de prestaties beïnvloedt. Met de hulp van AI-algoritmen kreeg het onderzoeksteam inzicht in hoe de ventrikels van het hart de bloedstroom faciliteren en vonden ze zes verschillende DNA-secties die een belangrijke rol spelen bij de ontwikkeling van hartspieren. Ondertussen onderzocht een andere studie hoe selfies potentieel gebruikt kunnen worden om hartziekten te diagnosticeren.

Al sinds de 15e en 16e eeuw hebben wetenschappers het hart bestudeerd en zich afgevraagd hoe de structuur van het hart gerelateerd is aan de functie. Leonardo da Vinci vroeg zich af hoe de hartspieren het bloed door het lichaam verplaatsten, meer dan 500 jaar geleden. Dankzij een team van onderzoekers van instellingen zoals het MRC London Institute of Medical Sciences, het Cold Spring Harbor Laboratory, EMBL’s European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), de Universiteit van Heidelberg en de Politecnico di Milano, zijn we veel dichter bij het begrijpen van de rol die de trabeculae spelen bij de ontwikkeling en functie van het hart.

Trabeculae zijn spiervezels die een complex netwerk van geometrische patronen vormen op de binnenste oppervlakte van het hart. De trabeculae worden verondersteld zuurstof te leveren aan het hart terwijl het zich ontwikkelt, aangezien het hart het eerste orgaan is dat zich ontwikkelt en geen zuurstof uit de longen kan krijgen. Echter, het is lange tijd een mysterie geweest wat de rol van de trabeculae bij volwassenen is. Da Vinci had gespeculeerd dat de trabeculae van het hart dienden om het bloed te verwarmen terwijl het door het hart stroomde, maar dankzij AI-gebaseerde onderzoekstechnieken hebben we nu een idee van hun ware doel.

Het onderzoeksteam heeft AI-algoritmen gebruikt om ongeveer 25.000 MRI-scans (magnetische resonantiebeelden) van het hart te analyseren. Deze scans werden samen met genetische gegevens en hartmorphologiegegevens aan het AI-model gevoerd. De onderzoekers analyseerden de resultaten van het model en vonden dat de trabeculae leken te helpen bij de bloedstroom door de ventrikels van het hart. De geometrische patronen op de binnenste oppervlakte van het hart worden nu verondersteld te helpen bij een efficiënte bloedstroom terwijl het hart klopt.

Naast de ontdekking dat trabeculae kunnen helpen bij een efficiënte bloedstroom, ontdekte het onderzoeksteam ook zes secties van DNA die lijken te beïnvloeden bij de ontwikkeling van trabeculae. Twee van de zes DNA-secties spelen ook een rol bij de ontwikkeling van vertakte zenuwbanen in de hersenen. Het is mogelijk dat de mechanismen die trabeculae doen ontstaan, ook zenuwcellen doen ontstaan.

De vorm van de trabeculae kan zelfs een relatie hebben met hartziekten. Genetische gegevens van meer dan 50.000 patiënten werden geanalyseerd door het onderzoeksteam, en het werd gevonden dat de verschillende trabeculae-patronen enige correlatie hadden met het risico op het ontwikkelen van hartziekten.

In een andere studie, zoals gerapporteerd door Futurism, onderzochten onderzoekers van het Nationaal Centrum voor Hart- en Vaatziekten in Beijing, China, een AI die in staat was om het risico op hartziekten bij een individu te voorspellen op basis van fysieke kenmerken die kunnen worden vastgelegd in een eenvoudige foto van een persoon. Er zijn fysieke kenmerken die correleren met hartziekten, zoals gele afzettingen bij de oogleden, witte ringen aan de buitenste randen van de cornea en grijs wordend of dunner wordend haar. Toen getraind op afbeeldingen van patiënten uit Chinese ziekenhuizen, presteerde het algoritme beter dan bestaande methoden voor het beoordelen van het risico op hartziekten, waarbij ongeveer 80% van de gevallen van hartziekten kon worden gedetecteerd. Het ving ook ongeveer 60% van alle negatieve gevallen van hartziekten.

Er is een hoge vals-positieve rate geassocieerd met het algoritme, wat het team zegt dat ze moeten aanpakken, waarbij ze opmerken dat vals-positieven onnodige angst bij patiënten kunnen veroorzaken en het medische systeem kunnen overbelasten met onnodige tests. Echter, als de vals-positieve rate van het algoritme kan worden aangepakt en de algehele nauwkeurigheid kan worden verbeterd, kan het een nuttig hulpmiddel zijn voor gebieden in de wereld die worstelen met het adequaat financieren van programma’s voor het screenen van hart- en vaatziekten.