Brain age prediction from structural and functional connectivity across the lifespan using connectome-based predictive modeling
تستخدم هذه الدراسة النمذجة التنبؤية القائمة على الاتصال (connectome-based predictive modeling) على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي البنيوي والوظيفي عبر مراحل العمر لتثبت أن العمر الزمني يمكن التنبؤ به بدقة من خلال أنماط الاتصال الموزعة، مما يكشف عن معلومات مشتركة وتكميلية بين الأنماط المختلفة يتم تعزيزها بشكل أكبر من خلال التكامل متعدد الوسائط.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
إن الدماغ البشري ليس عضواً ثابتاً؛ بل هو مشهد طبيعي حي يتغير شكله ووظيفته من اللحظة التي نولد فيها حتى أيامنا الأخيرة. لطالما سعى العلماء لإيجاد طريقة لقياس هذه الرحلة، فابتكروا ما يُعرف بنموذج "عمر الدماغ". هذه الأداة تنظر إلى أسلاك الدماغ وبنيته لتقدير عمر الشخص، تماماً كما قد يقدر الطبيب عمر شجرة من خلال النظر في حلقاتها. وعندما يبدو الدماغ أكبر أو أصغر سناً من سنوات الشخص الفعلية، فقد يشير ذلك إلى حدوث شيء ما في عملية نموه أو شيخوخته. ولفهم هذه التغييرات، غالباً ما ينظر الباحثون إلى نوعين مختلفين من الخرائط. تُظهر إحدى الخرائط الطرق المادية للدماغ، وهي مسارات المادة البيضاء التي تربط المناطق المختلفة ببعضها البعض، والتي بُنيت عبر سنوات من النمو. أما الخريطة الأخرى فتُظهر حركة المرور على تلك الطرق، أي أنماط النشاط التي تحدث عندما يكون الدماغ في حالة راحة ويفكر ببساطة. وبينما نعلم أن كلتا الخريطتين تتغيران مع تقدمنا في العمر، إلا أنه ظل من غير الواضح ما إذا كانتا ترويان القصة نفسها أم أنهما تقدمان أدلة مختلفة ومكملة لبعضهما البعض حول كيفية نمونا وكيف نشيخ.
قرر فريق من الباحثين في جامعة ييل استكشاف هذا السؤال من خلال النظر في عمر الإنسان بأكمله، من الطفولة وحتى الشيخوخة. لقد جمعوا بيانات من ما يقرب من 1500 شخص يتمتعون بصحة جيدة، مستخدمين فحوصات متقدمة للدماغ لإنشاء خرائط مفصلة لكل من الروابط المادية والنشاط الوظيفي. ثم استخدموا طريقة حاسوبية مصمم لـإيجاد الأنماط في هذه الخرائط للتنبؤ بعمر كل شخص. كان الهدف هو معرفة ما إذا كانت البنية المادية للدماغ أم النشاط الوظيفي أفضل في إخبار الوقت، وما إذا كان الجمع بين الخريطتين سيعطي صورة أوضح من النظر في أي منهما بمفرده.
وجد الباحثون أن كلاً من البنية المادية والنشاط الوظيفي للدماغ كانا ممتازين في التنبؤ بعمر الشخص، لكن قوة هذه التنبؤات تغيرت اعتماداً على مرحلة الحياة. عملت النماذج بشكل أفضل عند النظر في الأطفال وكبار السن، وهي الفترات التي يشهد فيها الدماغ تغييرات سريعة وجوهرية. وفي المقابل، كانت النماذج أقل دقة بالنسبة للشباب، وهي فترة يكون فيها الدماغ مستقراً نسبياً. وهذا يشير إلى أن أسلاك الدماغ ونشاطه يكونان أكثر تميزاً خلال سنوات النمو السريع وسنوات التراجع، مما يجعل تلك الفترات أسهل في التحديد. ومن المثير للاهتمام أن البنية المادية للدماغ كانت متنبئاً أقوى بالعمر لدى كبار السن، بينما كان النشاط الوظيفي متنبئاً أقوى لدى الأطفال. وهذا يشير إلى أنه مع مرورنا عبر الحياة، فإن الطريقة التي يشيخ بها دماغنا تتحول من كونها مدفوعة بكيفية إطلاق دوائره للنبضات إلى كيفية تغير طرقها المادية.
وعلى الرغم من هذه الاختلافات في أي خريطة كانت تعمل بشكل أفضل في أوقات مختلفة، إلا أن نوعي الخرائط غالباً ما كانا يتفقان مع بعضهما البعض. فعندما كانت الخريطة المادية تتنبأ بأن الشخص أكبر سناً، كانت الخريطة الوظيفية تفعل الشيء نفسه عادةً. ومع ذلك، عندما نظر الباحثون عن كثب في أي الروابط تحديداً كانت تقود هذه التنبؤات، وجدوا أن الخريطتين تستخدمان أدلة مختلفة. فقد اعتمدت الخريطة المادية بشكل كبير على الروابط في الأجزاء العميقة والمركزية من الدماغ والمخيخ، بينما استمدت الخريطة الوظيفية بياناتها من مجموعة متنوعة من الشبكات، بما في ذلك تلك المسؤولة عن الحركة والانتباه. وهذا يعني أنه بينما تخبرنا كلتا الخريطتين عن الشيء نفسه - وهو عمر الدماغ - إلا أنهما تقرآن أجزاءً مختلفة من القصة.
ولاختبار ما إذا كان دمج هاتين الخريطتين سيساعد، قام الباحثون ببناء نموذج جديد يستخدم كلاً من البنية المادية والنشاط الوظيفي في وقت واحد. وفي معظم المجموعات، كان هذا النهج المدمج أكثر دقة من استخدام أي خريطة بمفردها. وقد كان مفيداً بشكل خاص للشباب وللمجموعة التي تشمل كامل عمر الإنسان، حيث قلل الجمع بين الأدلة من الخطأ في التنبؤ. لم ينشئ النموذج المدمج نمطاً جديداً غامضاً؛ بل قام ببساطة بجمع أفضل الأجزاء من الخرائط المادية والوظيفية، مؤكداً أنها تقدم معلومات فريدة وقيمة لما يفتقده الآخر.
كما بحثت الدراسة فيما إذا كان الرجال والنساء يظهرون أنماطاً مختلفة في كيفية شيخوخة أدمغتهم. وبينما أظهرت الأبحاث السابقة أن أدمغة الذكور والإناث يمكن أن تبدو مختلفة، وجدت هذه الدراسة أن القدرة على التنبؤ بالعمر كانت متشابهة بشكل ملحوظ لكلا الجنسين. فالنموذج الذي تم تدريبه على الرجال عمل بنفس الكفاءة على النساء، والعكس صحيح. وهذا يشير إلى أن التغييرات الأساسية في اتصال الدماغ التي تميز مرور الوقت هي مشتركة بين الجنسين، حتى لو اختلفت التفاصيل المحددة لبنية الدماغ قليلاً.
في نهاية المطاف، يوضح هذا العمل أن عمر الدماغ مكتوب في روابطه، لكن الخط يتغير مع نمونا. ومن خلال النظر في كل من الطرق المادية وحركة المرور المتدفقة عبرها، يمكن للعلماء الحصول على صورة أكثر اكتمالاً لكيفية تطورنا وشيخوختنا. وتشير النتائج إلى أنه لا توجد رؤية واحدة للدماغ تكفي؛ فلفهم الجدول الزمني للحياة البشرية حقاً، يجب أن ننظر إلى الدماغ من زوايا متعددة، مدركين أن قصة الشيخوخة تُروى من خلال شبكة معقدة وموزعة من التغييرات التي تتباين من الطفولة إلى الشيخوخة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.