Forskare avslöjar hjärtats mysterier och förutsäger hjärtsjukdomar med AI

Nyligen har två studier som involverar hjärtat använt AI-algoritmer för att få en bättre förståelse för hur hjärtat fungerar och fungerar inte. Ett team av forskare har använt artificiell intelligensalgoritmer för att få insikt i hur hjärtmusklers form påverkar deras prestanda. Med hjälp av AI-algoritmer fick forskarteamet insikt i hur hjärtats ventriklar underlättar blodflöde och fann sex olika DNA-sektioner som spelar viktiga roller i utvecklingen av hjärtmuskler. Samtidigt undersökte en annan studie hur selfies kunde potentiellt användas för att diagnostisera hjärtsjukdom.

Så långt tillbaka som 1500- och 1600-talen har forskare studerat hjärtat och undrat hur dess struktur var relaterad till dess funktion. Leonardo da Vinci undrade hur hjärtmuskler flyttade blod genom kroppen för över 500 år sedan. Tack vare ett team av forskare från institut som MRC London Institute of Medical Sciences, Cold Spring Harbor Laboratory, EMBL’s European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI), Heidelberg University och Politecnico di Milano är vi mycket närmare att förstå rollen som hjärtats trabekulära spelar i utvecklingen och funktionen av hjärtat.

Trabekulära är muskelfibrer som bildar ett komplext nätverk av geometriska mönster på hjärtats inre yta. Trabekulära troddes förse hjärtat med syre medan det utvecklades, eftersom hjärtat i sig är det första organet som utvecklas och inte kan få syre från lungorna. Men det har länge varit ett mysterium vad rollen trabekulära spelade hos vuxna. Da Vinci hade spekulerat att hjärtats trabekulära tjänade till att värma blodet medan det rörde sig genom hjärtat, men tack vare AI-baserade forskningstekniker har vi nu en idé om deras sanna syfte.

Forskarteamet använde AI-algoritmer för att analysera cirka 25000 MRI-skanningar (magnetisk resonanstomografi) som tagits av hjärtat. Dessa skanningar matades in i AI-modellen tillsammans med genetisk data och hjärtmorfologidata. Forskarna analyserade modellens resultat och fann att trabekulära tycktes spela en roll i att underlätta blodflöde genom hjärtats ventriklar. De geometriska mönstren på hjärtats insida troddes hjälpa blodflödet att bli mer effektivt medan hjärtat slog.

Utöver upptäckten att trabekulära kunde assistera i det effektiva flödet av blod upptäckte forskarna också sex sektioner av DNA som tycktes påverka utvecklingen av trabekulära. Två av de sex DNA-sektionerna spelade också roller i utvecklingen av grenade nervbanor i hjärnan. Det är möjligt att de liknande mekanismer som ger upphov till trabekulära också ger upphov till nervceller.

Formen på trabekulära kan till och med ha ett samband med hjärtsjukdom. Genetisk data från över 50000 patienter analyserades av forskarteamet, och det visade sig att de olika trabekulära mönstren hade viss korrelation med en persons risk för att utveckla hjärtsjukdom.

I en annan studie, som rapporterats av Futurism, experimenterade forskare från National Center for Cardiovascular Diseases i Peking, Kina, med en AI som kunde förutsäga en persons chans att utveckla hjärtsjukdom baserat på fysiska attribut som kan fångas i en enkel bild av en person. Det finns fysiska attribut som har korrelationer med hjärtsjukdom, såsom gula avlagringar nära en persons ögonlock, vita ringar i corneans yttre kanter och grå eller tunnande hår. När den tränades på bilder av patienter från kinesiska sjukhus rapporterades algoritmen ha överträffat befintliga metoder för bedömning av hjärtsjukdomsrisken, och kunde upptäcka cirka 80 % av hjärtsjukdomsfallen. Den fångade också cirka 60 % av alla negativa hjärtsjukdomsfall.

Det finns en hög falsk positiv frekvens associerad med algoritmen, som teamet påstår att de kommer att behöva åtgärda, och noterar att falska positiva kan orsaka patienter onödig ångest och överbelasta det medicinska systemet med onödiga tester. Men om algoritmens falska positiva frekvens kan åtgärdas och den övergripande noggrannheten förbättras, kan den vara ett användbart verktyg för områden i världen som kämpar med att tillräckligt finansiera program för screening av hjärtsjukdomar.