大脑的某些部分往往会与其他区域一起萎缩和变形。图片来源：Zephyr/SPL

本报讯 一项对近5万份脑部扫描的分析，揭示了与衰老和神经退行性疾病相关的5种不同脑萎缩模式。该分析还将这些模式与吸烟和饮酒等生活方式因素，以及与健康状况和疾病风险相关的遗传和血液标志物联系起来。研究结果为开发神经退行性疾病早期阶段的检测方法带来希望。相关研究成果8月15日发表于《自然-医学》。

没有参与这项工作的美国南加州大学老年学家Andrei Irimia说，该工作是“方法论上的杰作”，可以极大促进研究人员对衰老的理解。“在这项研究之前，虽然我们知道大脑解剖结构会随着衰老和疾病而变化，但掌握这种复杂相互作用的能力有限。”

衰老不仅会让头发变白，大脑中的一些区域也会逐渐萎缩，发生微妙的解剖结构变化，这在核磁共振成像（MRI）扫描中是可见的。论文作者之一、美国宾夕法尼亚大学生物医学成像专家Christos Davatzikos说：“人眼无法获取与这种衰退相关的系统性大脑变化模式。”

之前的研究表明，机器学习方法可以从MRI数据中提取衰老的“细微指纹”。但这些研究的范围往往有限，且大多数研究数据来自相对较少的人群。

为了确定更广泛的模式，Davatzikos团队花8年时间完成了一项研究。他们使用了一种名为Surreal-GAN的深度学习方法，该方法是由论文第一作者杨志坚（音）在Davatzikos实验室读研究生时开发的。

研究人员用1150名年龄在20至49岁之间的健康人以及8992名老年人的大脑MRI训练了该算法，其中包括许多认知能力下降的人。这教会了算法识别衰老大脑的重复特征，使其能够创建一个解剖结构的内部模型。

然后，研究人员将得到的模型应用于近5万人的MRI扫描，这些人参与了各种衰老和神经健康研究。这项分析得出了5种不同的脑萎缩模式。研究人员将各种类型的、与年龄相关的大脑退化与这5种模式联系起来，尽管患有相同疾病的个体之间存在一些差异。

例如，痴呆症及轻度认知障碍与5种模式中的3种有关。研究人员还发现了证据，表明这些模式可能揭示未来更多大脑退化的可能性。

“如果你想搞清从认知正常状态到轻度认知障碍的进展，一种模式是迄今为止最具预测性的。”Davatzikos说，“后期添加第二种模式会丰富你的预测，因为这种模式可以捕捉到病理的扩散。”其他模式与帕金森病和阿尔茨海默病等疾病有关，3种模式的一种组合可以高度预测死亡率。

作者发现，某些脑萎缩模式与各种生理和环境因素之间存在明显关联，包括饮酒和吸烟，以及各种与健康相关的遗传和生化特征。Davatzikos说，这些结果可能反映了整体身体健康对神经健康的影响，因为其他器官系统的损伤可能会对大脑产生影响。

然而，Davatzikos警告说，这项研究“并不意味着一切都可以归结为5个模式”。他的团队正在寻找包括更广泛的神经系统疾病和更大种族、民族多样性的数据集。（李木子）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41591-024-03144-x