Диаграммы позволили экспертам подтвердить — а в некоторых случаях и впервые показать — вехи развития, которые ранее только предполагались, например, в каком возрасте различные области мозга достигают пикового объема.
Ученые открыли захватывающие диаграммы, показывающие быстрый рост и медленное угасание человеческого мозга на протяжении всей жизни, пишет dailymail.co.uk.
Они иллюстрируют, как наше сознание меняется от 15-недельного плода до 100-летнего взрослого человека, и являются результатом исследовательского проекта, охватывающего шесть континентов и включающего почти 125 000 сканирований мозга.
Диаграммы позволили экспертам подтвердить — а в некоторых случаях и впервые показать — вехи развития, которые ранее только предполагались, например, в каком возрасте различные области мозга достигают пикового объема.
Серое вещество или клетки мозга, например, быстро увеличиваются, начиная с середины беременности, достигая пика незадолго до того, как нам исполнится шесть лет. Затем они начинают медленно уменьшаться.
Белое вещество, или мозговые связи, также быстро увеличиваются в раннем детстве и достигают пика незадолго до того, как люди достигают возраста 29 лет, прежде чем их снижение ускорится, когда человеку исполнится пятьдесят.
Между тем, объем серого вещества в подкорке, которая контролирует функции организма и базовое поведение, достигает пика в подростковом возрасте в 14 с половиной лет, как обнаружила международная группа исследователей.
Хотя в настоящее время они не предназначены для клинического использования, эксперты из Кембриджского университета надеются, что графики станут рутинным инструментом, подобным тому, как используются стандартизированные детские графики роста.
Эти диаграммы являются краеугольным камнем педиатрической медицины уже более 200 лет и используются в клиниках для наблюдения за ростом и развитием детей по сравнению с их сверстниками.
Типичная диаграмма роста может отображать возраст по горизонтальной оси в зависимости от роста по вертикальной оси, но вместо того, чтобы быть одной линией, она будет показывать диапазон, отражающий естественную изменчивость роста, веса или окружности головы.
Аналогов эталонных таблиц для измерения возрастных изменений в головном мозге человека не существует.
Нехватка инструментов для стандартизированной оценки развития и старения мозга особенно актуальна для изучения психических расстройств, когда различия между состояниями и гетерогенность внутри них требуют инструментов, которые могут сказать что-то значимое об отдельно взятом человеке так, как это могут сделать клинические справочные таблицы. , а также к таким состояниям, как болезнь Альцгеймера, вызывающим дегенерацию мозговой ткани и снижение когнитивных функций.
Исследователи заявили, что их исследование является важным шагом к восполнению этого пробела.
В отличие от педиатрических диаграмм роста, BrainChart охватывает весь период жизни человека, от развития в утробе матери до старости, и направлен на создание общего языка для описания вариабельности развития и созревания мозга.
Соавтор исследования доктор Ричард Бетлехем с факультета психиатрии Кембриджского университета сказал: «Одна из вещей, которую мы смогли сделать благодаря очень согласованным глобальным усилиям, — это собрать воедино данные за всю жизнь. охватывать.
«Это позволило нам измерить очень ранние, быстрые изменения, которые происходят в мозге, и долгое, медленное снижение по мере старения».
Хотя диаграммы мозга уже оказались полезными для исследований, в долгосрочной перспективе команда намерена использовать их в качестве клинического инструмента.
Наборы данных уже содержат около 165 различных диагностических меток, а это означает, что исследователи могут увидеть, как мозг отличается при таких состояниях, как болезнь Альцгеймера.
Болезнь Альцгеймера вызывает нейродегенерацию и потерю мозговой ткани, поэтому люди, страдающие этим заболеванием, вероятно, имеют меньший объем мозга по сравнению со своими сверстниками.
Точно так же, как некоторые здоровые взрослые выше других, существует вариабельность размера мозга — другими словами, немного меньший размер мозга не обязательно указывает на то, что что-то не так.
Однако, как видно из диаграмм головного мозга, хотя размер мозга естественным образом уменьшается с возрастом, у пациентов с болезнью Альцгеймера это происходит гораздо быстрее.
Доктор Бетлехем сказал: «Мы все еще находимся на очень ранней стадии с нашими диаграммами мозга, показывая, что можно создавать эти инструменты, объединяя огромные наборы данных. Схемы уже начинают давать интересные сведения о развитии мозга, и наша цель состоит в том, чтобы в будущем, по мере интеграции большего количества наборов данных и уточнения диаграмм, они могли бы в конечном итоге стать частью повседневной клинической практики. Можно представить, что их используют для помощи в оценке пациентов, прошедших скрининг на такие состояния, как, например, болезнь Альцгеймера, позволяя врачам выявлять признаки нейродегенерации, сравнивая, насколько быстро изменился объем мозга пациента по сравнению с его сверстниками».
Кроме того, команда надеется сделать диаграммы мозга более репрезентативными для всего населения, указывая на потребность в большем количестве данных МРТ головного мозга ранее недостаточно представленных социально-экономических и этнических групп.
Соавтор доктор Джейкоб Зейдлиц из Института продолжительности жизни мозга при Детской больнице Филадельфии и Университете Пенсильвании сказал: «Создание этих диаграмм мозга потребовало множества технических подвигов и большой команды сотрудников.
«С данными визуализации мозга все немного сложнее, чем просто взять сантиметровую ленту и измерить чей-то рост или окружность головы.
«Нам пришлось столкнуться со значительными проблемами, включая логистические и административные препятствия, а также огромную методологическую изменчивость, которую мы обнаруживаем в наборах данных визуализации мозга».
Команда использовала программное обеспечение для нейровизуализации для извлечения данных из МРТ, начиная с объема серого или белого вещества, а затем расширяя свою работу, чтобы рассмотреть более мелкие детали, такие как толщина коры или объем определенных областей мозга. .
Они использовали структуру, внедренную Всемирной организацией здравоохранения для создания диаграмм роста, чтобы построить свои диаграммы мозга.
По оценкам исследователей, они использовали около 2 миллионов часов вычислительного времени, анализируя около петабайта данных (петабайт эквивалентен 1 000 000 000 000 000 байт).
«Это действительно было бы невозможно без доступа к кластерам высокопроизводительных вычислений в Кембридже, — сказал доктор Зейдлиц.
«Но мы все еще рассматриваем это как незавершенную работу. Это первый шаг в создании стандартизированной справочной таблицы для нейровизуализации. Вот почему мы создали веб-сайт и создали большую сеть сотрудников. Мы планируем постоянно обновлять диаграммы и опираться на эти модели по мере поступления новых данных».
Исследование опубликовано в журнале Nature.