Megelőzhető lesz az elbutulás?

Az időskori demencia, elsősorban az Alzheimer-kór előrejelzésén dolgoznak a Nemzeti Agykutatási Program kutatói. Ennek keretében egymástól tanuló mesterséges intelligenciák mondják meg MRI-felvételekről, hány éves agyat ábrázolnak. Ha ugyanis az agy öregebb a páciens életkoránál, az előre jelezheti a kóros elváltozásokat, ez pedig hatékony eszköze lehet a megelőzésnek.

Fotó: shutterstock.com, illusztráció

Az MTA Agyi Képalkotó Központjának kutatói az egészségügyi informatika területének legrangosabb folyóiratában, a GigaScience-ben publikálták eredményeiket.

– Az agyunk az életünk során folyamatosan változik, a változás mértéke, minősége korán jelezheti a kóros mentális hanyatlást. Két fontos szempontból jellemezhetjük ezeket a változásokat – kezdi a magyarázatot dr. Vidnyánszky Zoltán, a kutatócsoport vezetője. – Az egyik az agy strukturális állapota. Mind az idegsejtek, vagyis a szürkeállomány, mind a rostok, vagyis a fehérállomány idővel sorvad, keskenyedik, miközben a kamrák kitágulnak, nagyobbak lesznek. Emellett változik az agyterületek közötti funkcionális kapcsolatok erőssége is. Ezt azonban csak olyan kifinomult módszerekkel lehet látni, mint a mesterséges algoritmusok.

A cél annak a kimutatása, hogy egy vizsgált agy kapcsolati mintázatának jellemzői mennyire felelnek meg a személy valós életkorának. Ha az eltérés jelentős, az előre jelzi a demenciát. Ez azért fontos, mert a tünetek megjelenése után már kevéssé lehet gyógyszerekkel kezelni ezt az állapotot. Ha időben felismerjük a betegséget, lassítható annak lefolyása. Ám az agyterületek közti funkcionális kapcsolatok nagyon bonyolultan változnak a korral, mintázatuk alakulását csak mesterséges intelligencia ismerheti fel megfelelő pontossággal.

– Az agyi összeköttetések száma csökken az idő előrehaladtával. Vannak bizonyos területek, amelyek alapvető fontosságúak az agyműködésben. Nagyjából olyan a szerepük, mint egy hollywoodi produceré, aki csapattá szervezi a színészeket, díszlettervezőket, operatőröket. Ezek a központi jelentőségű hálózati összeköttetések azonban az évek folyamán valóban sérülnek, de az agy megpróbálja a hibákat kompenzálni úgy, hogy új, a sérültnél erősebb kapcsolatokat hoz létre. Nem lehet tehát egyszerűen megállapítani, megkezdődött-e, és ha igen, mennyire haladt előre a demencia folyamata – vázolja a helyzetet a kutató.

A mélytanulásos (deep learning) rendszereket pedig éppen úgy be lehet tanítani az agyi kapcsolati hálózatok és az életkor közti összefüggésekre, mint például az önvezető autók működtetésére. A mesterséges intelligencia megtanítható annak felismerésére, hogy az agyi hálózaton belül milyen apró változások történtek egyik évről a másikra. Képes arra is, hogy az információk alapján egy korábban nem látott agyról meg tudja határozni annak a korát.

A kutatásvezető azonban számos nehézségre is felhívja a figyelmet. Mint mondja, a mesterséges intelligenciának is rengeteg adatra van szüksége az elemzéshez. Az MRI-felvételekből pedig nem áll rendelkezésre milliónyi. Nehezíti a helyzetet, hogy az egyes MRI-berendezéseken más és más beállításokkal készülnek a képek, vagyis nem lehet egységes adatbázist használni.

– Azt találtuk ki, hogy hierarchikus rendben töltjük fel az adatbázisokat, és nem összeöntve – magyarázza Vidnyánszky Zoltán. – Az ilyen elven működő tanulórendszerek így egyre magasabb absztrakciós szinten dolgozzák fel az adatokat, egyre elvontabb összefüggéseket ismernek fel. Az egyes adatbázisokon alapuló tudást átvittük egy másik tanuló­rendszerbe, amely így erre az alapra építhette fel az újonnan összegyűjtött információkat, vagyis az új adatbázist. Így jutottunk el a mi kis populációnkat reprezentáló kutatói adatbázisunkhoz.

Mint kiderül, e módszer segítségével a kutatók hét évre pontosan tudják meghatározni a vizsgált agy életkorát, ez az időtartam pedig öt évvel rövidebb, mint amire korábban képesek voltak. Ezt az eredményt újabb adatbázisok bevonásával tovább lehet finomítani, csökkentve a tévedések számát. A munkához új lendületet ad, hogy a csoportnak sikerült csatlakoznia egy UK biobanknak nevezett, 22 ezer agyfelvételt tartalmazó adat­bázishoz.

Hasonló tudásátvitelt persze más területen már alkalmaztak a tudósok. Ám agyi MR-képeken a hazai kutatócsoport alkalmazta először ezt a módszert. Szintén ők az elsők az agyi funkcionális kapcsolatok változásainak vizsgálatában.

– Az utóbbi tíz-tizenöt évben a világ országai nagyon sok pénzt fordítottak arra, hogy gyógyíthatóvá tegyék az Alz­heimer-kórt, hiszen e betegségnek nagyon komoly társadalmi-gazdasági hatásai vannak – mondja a biológus. – Eddig azért nem sikerült átütő eredményt elérni a gyógyításában, mert az új gyógyszereket akkor alkalmazzák, amikor már megtörtént az idegszövet leépülése, elsorvadása, és jelentkeztek az olyan tünetek, mint például a memória hanyatlása, a térbeli-időbeli tájékozódási nehézségek. Ezeket a folyamatokat nem lehet visszafordítani. Akkor kell tehát beavatkoznunk, amikor a sejtpusztulás még nem olyan jelentős, hogy tüneteket okozzon. Ehhez van szükség az MRI-felvételek elemzésére. Még nem tudjuk megmondani pontosan, hogy az agy öregedését tekintve az illető valódi életkorához képest hány éves eltérés mutatja a leendő demenciát, de eddigi kutatásaink úttörőnek számítanak.

Vidnyánszky Zoltán a kutatás további irányát is felvázolja. Már most nyilvánvaló, hogy idővel követési vizsgálatokra lesz szükség, vagyis 55-60 éveseket is bevonnak a kísérletbe, akiknek rendszeresen monitorozzák majd az agyát. Az összegyűjtött információk lehetőséget adnak majd rá, hogy egészen korai stádiumban felismerhetők legyenek a demencia jelei, és új összefüggésekre is fény derülhet a mesterséges intelligencia segítségével. A hosszú távú célok között szerepel, hogy pontosan meghatározzák, miként kezdődik ez a betegség, hiszen csak így lehet valóban hatékony gyógyszereket kifejleszteni. Az eredmények vélhetően ahhoz is hozzásegítik majd az orvosokat, hogy mint a rákos megbetegedéseket, a demenciát is személyre szabottan gyógyíthassák.

Bármilyen költségesek és lassúak is a kutatások, nagy szükség van rájuk, mert 2050-re a legoptimistább becslések szerint is kétmilliárd hatvan év feletti ember él majd a világon, ezért az ilyen típusú problémák száma meg fog ugrani. Angliában már működnek memóriaklinikák, az Egyesült Államokban pedig öregedésközpontok, ahol neuropszichológiai tesztekkel és általános állapotfelméréssel igyekeznek feltérképezni a memóriafunkciókat, illetve tanácsokat adni a megelőzésre. Ebbe a rendszerbe épül be az MRI, ami objektív mérési eredményekkel könnyíti meg a diagnózis felállítását, és annak meghatározását, hogy gyors vagy lassabb lefolyású a betegség. Ehhez azonban arra is szükség lenne, hogy felvételt készíttessünk az agyunkról ötvenöt éves kor felett. Az így nyert adatok jelentősen megkönnyítenék a kezelőorvos dolgát, és javítanák annak esélyét, hogy mindenki a neki leginkább megfelelő kezelést kapja.