Revealing trajectories of multi-modal voxel-level changes in neurodegenerative diseases using latent event mapping

Stel je de menselijke hersenen voor als een enorme, bruisende stad. In een gezonde stad verloopt alles soepel. Maar bij een neurodegeneratieve ziekte zoals Alzheimer raakt de stad langzaam in verval. Het probleem is dat dit verval niet in één keer gebeurt; het is een traag, complex proces waarbij verschillende delen van de stad (zoals het elektriciteitsnet, de wegen of de gebouwen) op verschillende momenten uit elkaar vallen.

Al een lange tijd proberen wetenschappers deze "ramp-tijdlijn" in kaart te brengen met hersenscans (zoals PET en MRI). De instrumenten die zij gebruikten, waren echter alsof men probeerde een kaart van de hele stad te tekenen met een telescoop die óf te wazig is om de details te zien, óf te traag is om de veranderingen te volgen terwijl ze plaatsvinden. Ze konden niet gemakkelijk zien welke specifieke straat (voxel) precies faalde en wanneer dat gebeurde in de grote sequentie van de ziekte.

Maak kennis met LEMING: De "Event Timeline" Detective

De auteurs van dit artikel hebben een nieuwe digitale detectivetool ontwikkeld genaamd LEMING (Latent Event Mapping). Denk aan LEMING als een superintelligente, tijdreizende editor. In plaats van alleen naar één foto van de stad op een specifiek moment te kijken, neemt LEMING duizenden foto's van verschillende mensen in verschillende stadia van de ziekte en naait deze aan elkaar tot één perfecte film.

Het bepaalt een "gemeenschappelijke tijdlijn" van gebeurtenissen zonder dat het verteld hoeft te worden waar het naar moet zoeken. Het vraagt zich af: "Oké, als we al deze hersenscans op een rij leggen, wat is dan de logische volgorde waarin de dingen misgaan?" Het creëert een latente kaart — een verborgen, onzichtbare blauwdruk die de exacte sequentie laat zien van de schade die zich verspreidt door de minuscule bouwstenen (voxels) van de hersenen.

Wat hebben ze ontdekt?

Toen de onderzoekers LEMING gebruikten op gegevens van Alzheimerpatiënten, zagen ze eindelijk de "film" van het ziekteverloop op het meest gedetailleerde niveau dat mogelijk is. Ze konden zien hoe de "amyloïde" (een plakkerig eiwit) en "atrofie" (het krimpen van hersenweefsel) zich blok voor blok door de stad verspreidden.

Hier is de verrassende wending die ze vonden:

Ze keken naar acetylcholine-receptoren, die fungeren als de "communicatieantennes" op de hersencellen die hen helpen met elkaar te communiceren. Normaal gesproken gaan artsen ervan uit dat deze antennes vroeg in het proces door de ziekte defect raken. Maar LEMING toonde iets anders aan.

De gegevens suggereerden dat deze communicatieantennes eigenlijk nog steeds sterk overeind staan tot in de zeer late stadia van de ziekte, zelfs nadat de plakkerige plaques en het krimpen het gebied al hebben overgenomen.

Wat dit betekent (volgens het artikel)

Het artikel biedt twee mogelijke verklaringen voor dit overleven van de antennes in een laat stadium:

1. De ziekte richt zich mogelijk specifد op deze antennes pas aan het einde van de weg.
2. Of de plakkerige amyloïde plaques zijn misschien niet de "schurk" die de antennes actief vernietigt, zoals voorheen werd gedacht.

De auteurs concluderen dat dit de manier waarop we moeten denken over medicijnen die ontworpen zijn om deze antennes te stimuleren, verandert. Als de antennes pas aan het einde falen, dan kan het gebruik van medicijnen om deze antennes te beschermen of te stimuleren een strategie zijn die het beste bewaard kan worden voor interventie in een vroeg stadium, in plaats van te wachten tot de schade al is aangericht.

Kortom, LEMING gaf ons een hoogresolutie, chronologische kaart van hoe Alzheimer de hersenen vernietigt, waarbij werd onthuld dat sommige delen van de hersenen veel langer standhouden dan we dachten, wat onze planning voor medische "reddingsmissies" kan veranderen.