Megelőzhető lesz az elbutulás?
Mesterséges intelligenciát alkalmaznak az agykutatásban magyar tudósok.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.
Vidnyánszky Zoltán szerint mindenki küzdhet maga is az elbutulás ellen. A prevenció legfontosabb része a szellemi és fizikai aktivitás. Lehetőség szerint kerülni kell a központi idegrendszerekre ható gyógyszerek használatát, ezeket ne szedjük indokolatlanul. Míg a nyugtatókat, altatókat az idősebbek, addig a serkentőket a fiatalabbak szedik túlságosan gyakran. Ezek azonban olyan agyi folyamatokba avatkoznak be, amelyek elősegítik a demencia kialakulását. A pontos mechanizmus még nem ismert, de a nagyobb csoportokon folytatott kutatások egyértelműen igazolják az összefüggést. Minden, ami krónikusan és folyamatosan hat az idegrendszerre, átrendezi az érzékeny agyi kémiát.
– Az Alzheimer nem visszafordítható, de lassítható – szögezi le a kutató. – Az agyban bekövetkezett elváltozásokat nem lehet meggyógyítani, de a tüneteket lehet mérsékelni. Ha valaki hatvan- és hetvenéves kora között csak tévézett, de hetvenévesen elkezd mozogni, táncolni, zenét hallgatni, olvasni, akkor a tünetei javulhatnak. Elsősorban a fizikai és a szellemi aktivitást kell fokozni, illetve a társas kapcsolatokat erősíteni. A leghatékonyabbak az összetett mozgások, mert így az agy több területét egyszerre mozgatjuk meg.
Erősebb a jótékony hatás, ha mindezt valamilyen önkifejező művészettel kombináljuk. Egyes kutatók szerint a tánc a legjobb gyógyszer, mert egyszerre jelent zenét, művészetet, fizikai aktivitást és társas kapcsolatokat.
