Сотни ученых со всего мира поделились данными, чтобы создать первую в мире диаграмму роста мозга. В проект были включены МРТ-сканы субъектов всех возрастов, чтобы предложить уникальную картину того, как наш мозг меняется в течение жизни и как с возрастом угасает.
Родители, вероятно, невероятно хорошо знакомы с диаграммами роста детей. Отслеживание веса, роста и других показателей помогает врачам и родителям следить за тем, нормально ли растет ребенок или отстает в чем-то. Эти маркеры часто сообщаются в виде процентильных показателей, и у ученых есть хорошее представление о нормальном спектре развития человеческого тела подростка на основе десятилетий исследований.
Хотя мы знаем, что человеческий мозг претерпевает ряд значительных изменений в течение жизни, у врачей нет ресурсов, чтобы понять спектр нормального развития мозга в разном возрасте. Как выглядит нормальный здоровый мозг в 15 лет по сравнению с 45? Ричард Бетлехем из Кембриджского университета и Якоб Зейдлиц из Пенсильванского университета работали с сотнями исследователей со всего мира, чтобы решить эту проблему.
Чтобы создать серию диаграмм, отслеживающих среднее нормальное развитие мозга в течение жизни, исследователям сначала нужно было собрать огромный набор данных. Поскольку фМРТ головного мозга — это дорогостоящий и трудоемкий процесс, не было никакой возможности собрать необходимые данные одной командой. Поэтому исследователи стремились сотрудничать с сотнями ученых по всему миру, каждый из которых проводил собственное исследование сканирования мозга.
«Мы стремились решить эту проблему, объединив данные максимально возможной комбинации существующих исследований», — объяснили Бетлехем и Зейдлиц в статье для The Conversation. «Мы связались со многими исследователями, чтобы узнать, не захотят ли они внести свой вклад в эти справочные таблицы. Как видно из нашего большого набора данных, эти запросы были встречены с огромным энтузиазмом. Это превратило массовый проект в глобальную совместную работу, охватывающую шесть континентов и десятки учреждений».
Масштабный проект в конечном итоге собрал 123 984 МРТ от более чем 100 000 человек. Сканирование охватило субъектов в возрасте от 100 лет до плода в возрасте 15 недель.
Результаты с открытым исходным кодом, опубликованные на веб-сайте под названием Brain Chart, представляют собой первый набор справочных диаграмм, отслеживающих структурные изменения мозга на протяжении всей жизни человека. Масштаб набора данных позволил исследователям сделать расчет процентилей, определяющие нормальные спектры размеров мозга для разных возрастных диапазонов.
Новое исследование показало, например, что объем серого вещества в человеческом мозгу достигает пика в возрасте шести лет, но белое вещество продолжает расти примерно до 29 лет. Примерно в возрасте 50 лет, объем белого вещества головного мозга начинает уменьшаться быстрыми темпами.
Бетлехем сказал, что еще слишком рано использовать диаграммы мозга в качестве клинического инструмента для врачей. Требуется больше данных, чтобы лучше работать с различными группами пациентов, но в будущем врачи могут проводить МРТ-сканирование пациентов и использовать эти справочные таблицы для обнаружения аномальных изменений головного мозга.
«Это должно эффективно позволить неврологу ответить на вопрос: «Эта область выглядит атипичной, но насколько атипичной?», — говорит Бетлехем. «Поскольку инструмент стандартизирован, не имеет значения, где вы проводите сканирование мозга — вы все равно должны иметь возможность сравнить его».
На данный момент МРТ головного мозга не является простым или дешевым диагностическим инструментом. Таким образом, несмотря на то, что Brain Chart создает свой набор данных и уточняет свои модели, существуют технологические препятствия, которые необходимо преодолеть, прежде чем этот ресурс можно будет использовать для мониторинга развития мозга.
Недавние инженерные инновации представили новые портативные МРТ-аппараты, которые еще на один шаг приблизили этот вид детальной визуализации мозга к чему-то, доступному для всех. По словам Бетлехема и Зейдлица, исследовательская группа будет продолжать обновлять и улучшать этот набор новых данных, чтобы он был готов, когда технологии подтянутся и сканирование мозга станет регулярной клинической практикой.
«По мере того, как сканирование мозга становится дешевле и все более доступным (даже портативным), мы надеемся, что наши диаграммы мозга позволят использовать больше количественных стандартов и помогут открытиям в области нейробиологии проводить параллели с этими захватывающими технологическими достижениями», — пишут Бетлехем и Зейдлиц. «Однажды, когда сканирование мозга станет обычной частью педиатрической практики, мы надеемся, что у нас будут готовы необходимые методы и инструменты, чтобы предоставить значимую информацию для пациентов и их семей».
Теперь команда по мере более подробного анализа текущих данных надеется расширить набор данных, включив в него больше сканов, полученных от недостаточно представленных социально-экономических и этнических групп.
Новое исследование было опубликовано в журнале Nature.
Источник: The Conversation, King’s College London.
