Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 226: созданы карты стареющего мозга, основанные на крупнейшей в мире базе данных МРТ

24 апреля 2022

Педиатры всего мира пользуются шкалой оценки «нормальности» роста черепа ребенка в различные годы его жизни вплоть до подросткового возраста. Такую же пользу несет шкала оценки роста при взрослении. Но как именно меняется мозг от самого зарождения вплоть до глубокой старости? Масштабнейшую работу провела международная научная группа, чтобы собрать крупнейшую базу нейровизуализации растущего и стареющего мозга и создать обобщенные карты его нормальных возрастных изменений. Это будет полезно всем, кто занимается поисками патологических отклонений при психических, неврологических, генетических или метаболических заболеваниях. Подробности опубликованы в журнале Nature.

Принцип сбора данных. В каждой отдельной взятой МРТ мозга сегментируются серое, белое вещество, подкорковые ядра и объем желудочков. Далее эти данные встраиваются в уже собранный «ландшафт», и высчитываются центили с поправкой на дополнительную информацию. Credit: A. F. Alexander-Bloch et al. / Nature 2022

За последние несколько десятилетий нейровизуализация стала повсеместным инструментом в фундаментальных клинических исследованиях нашего мозга. Но до сих пор не существует эталонных стандартов, которые бы позволяли оценивать его индивидуальные изменения с возрастом, аналогичные различным антропометрическим графикам роста, веса, окружности головы и так далее. Мозг развивается по длительной и сложной программе созревания от беременности до третьего десятилетия, за которой следует прогрессирующее старение, начинающееся примерно с шестого десятка лет.

Инструмент для стандартизированной оценки развития и старения мозга особенно актуален для исследований психических расстройств, которые все чаще признаются следствием ненормального развития мозга, и нейродегенеративных заболеваний, при которых происходят патологические изменения мозга, не характерные для нормального старения. Преждевременные роды и нейрогенетические расстройства также связаны с выраженными аномалиями в структуре мозга, которые сохраняются во взрослой жизни и часто связаны с проблемами с обучением и склонностью к расстройствам психики. Психические заболевания и деменция в совокупности считаются самым большим бременем для современного здравоохранения (с точки зрения неврологии).

До сих пор карты старения мозга не были созданы из-за множества препятствий, которые вставали на пути исследователей: от нехватки снимков на ранних этапах развития (потому что МРТ плоду вообще делают редко) до огромной проблемы согласованности данных, собранных разными «руками» на разных томографах с разными протоколами сканирования. Тем не менее благодаря последним достижениям в обработке данных нейровизуализации появилась возможность обобщить крупномасштабные массивы информации.

Исследователи объединили 124 тысячи МРТ-сканирований более 101 тысячи человек, участвовавших в возрасте от 115 дней после зачатия (то есть включая внутриутробный период) до 100 лет от роду. Для статистической оценки использовались обобщенные аддитивные модели местоположения, масштаба и формы (generalized additive models for location, scale and shape — GAMLSS), которые рекомендует Всемирная организация здравоохранения для моделирования нелинейных траекторий роста.

Карты старения мозга. В каждом столбце – свои показатели для объемов белого, серого вещества, подкоркового серого вещества и желудочков. Красная кривая – женщины, синяя – мужчины. Credit: A. F. Alexander-Bloch et al. / Nature 2022

Ученые отмечают, что созданные ими диаграммы индивидуального развития и старения мозга надежно определяют возрастные «нормативы» этих процессов в зависимости от пола. Также они обнаружили ранее не описанные этапы роста мозга (при внутриутробном развитии. Это исследование поможет выявлять генетические факторы и факторы окружающей среды, воздействующие на структуру мозга, а также количественно оценивать нейроанатомические особенности при различных клинических расстройствах.

«Мы не утверждаем, что уже достигли конечную цель точной количественной оценки МРТ-снимков отдельно взятых пациентов в клинической практике. Тем не менее эта работа подтверждает принцип, согласно которому построение нормативных диаграмм для оценки индивидуальных различий в структуре мозга уже достижимо в глобальном масштабе и на протяжении всей жизни. Это набор открытых научных ресурсов для исследовательского сообщества в нейровизуализации, который позволит ускорить стандартизацию количественной оценки данных МРТ», — пишут авторы.

Здесь ученые собирают открытый интерактивный ресурс для сравнения морфологии мозга, полученной из любой текущей или будущей выборки данных МРТ.

Текст: Анна Хоружая

Brain charts for the human lifespan by A. F. Alexander-Bloch et al. in Nature. Published April 2022. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04554-y

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04554-y