使用MRI扫描来确定脑龄一直是一个非常耗时的过程。现在,AI机器只需要几秒钟就可以完成检测。
人类的认知能力会随着年龄增长而衰退。神经科学家也早已发现,这种衰退与大脑解剖结构的变化有关。毫无疑问,大脑MRI图像无法指示衰老迹象,更不用说确定“大脑年龄”。大脑年龄和实足年龄之间的差异可以揭示痴呆症等病症发作情况。
几秒钟之内获得准确的脑龄数据
然而,MRI图像分析是一个冗长的过程,因为MRI数据必须经过大量处理才能被用来分析自然衰老。预处理工作包括从图像中去除头骨等非脑组织;白质、灰质和其他组织的区分;以及去除图像伪影以及各种数据平滑技术。
所有这些数据的处理时间可能会超过个24小时,这使得医生们难以将患者脑龄这一因素纳入临床诊断。
而这一切,要归功于Giovanni Montana及其团队在伦敦国王学院进行的研究。该团队正在使用来自MRI扫描仪的原始数据,来训练深度学习机器测量脑龄。有了深层学习技术,临床医生便可以在几秒钟之内获得准确的脑龄数据。有时候患者还没有退出扫描仪,结果就出来了。
该方法基于一项标准的深度学习技术。在训练深度学习机的过程中,Montana使用了2000多名正常人的MRI脑部扫描图像。这些人的年龄在18到90岁之间,并且不具有任何可能影响大脑年龄的神经系统疾病。所以他们的大脑年龄应该与他们的实足年龄相吻合。
所有扫描结果均为现代MRI扫描仪进行的标准T1加权扫描。每张扫描图上均标注了患者的实足年龄。
该团该团队使用了其中80%的图像来训练卷积神经网络测量一个人的年龄,并对其大脑进行扫描。然后,他们使用了另外200张图像来验证这一过程。最后,他们用200张机器尚未学习过的图像测试了神经网络的脑龄测量效果。
同时,该团队还将深度学习方法与常规的脑龄测定方法进行了对比。这需要大量的图像处理,以识别大脑中的白质和灰质,然后使用高斯过程回归法进行统计分析。
对比结果非常有趣。通过分析预处理数据,深度学习和高斯过程回归均准确地得出了患者的实足年龄。这两种方法的误差均小于五年。
快速测量大脑衰老,可能改善糖尿病、精神分裂症疗法
尽管如此,深入学习在分析原始MRI数据时,还是表现出了明显的优势。它得出了正确的大脑年龄,并且平均误差仅为4.66年。相比之下,高斯过程回归的标准方法则在该测试中表现不佳,只给出了平均误差约为12年的粗略脑龄。
此外,与标准方法所需的24小时预处理时间相比,深度学习分析只需要几秒钟便可以完成。深度学习机器所进行的数据处理工作,只是为了确保各图像之间在图像取向和立体像素尺寸上的一致性。
这对医生造成了重大影响。Montana及其同僚表示:“这款软件可以帮助临床医生在MRI扫描的过程中,获得根据脑龄预测的年龄数据。”
该团队还比较了来自不同扫描仪的图像,来证明该技术可应用于世界各地不同扫描仪所拍摄的图像。通过比较双胞胎的大脑年龄,他们还研究了脑龄与遗传因素之间的相关性。有趣的是,结果表明,相关性会随年龄增长而减弱,环境因素的影响会随着时间的推移变得更加显着。这同样提出了一个新的研究方向。
这样一个令人印象深刻的研究结果,很可能会对临床医生的诊断方法造成巨大的影响。大量研究证据表明,糖尿病、精神分裂症和创伤性脑损伤等病症与脑衰老的加速相关。因此,一种快速准确地测量大脑衰老程度的方法,可能会对这些疾病的临床疗法产生重要影响。
Montan及其同僚表示:“脑预测年龄代表了一种准确、可靠且在遗传学上有效的表型,它有可能被用作脑衰老的生物标记。”
I型糖尿病是胰岛功能损伤所致,至今无法治愈。北京大学邓宏魁教授团队及合作团队近期在《自然-医学》(NatureMedicine)、《自然-代谢》(NatureMetabolism)发表的两篇论文,在非......
抑郁症状是精神分裂症患者常见的伴发症状,伴发率约50%,严重影响患者的治疗效果和生活质量。利培酮是治疗精神分裂症的第二代主要药物,对精神分裂症阳性和阴性症状有显著的改善作用,但对抑郁症状的影响尚不清楚......
糖尿病心血管疾病和微血管并发症,如糖尿病视网膜病变(DR),是糖尿病患者发病和死亡的主要原因,糖尿病血管并发症的患病率正在迅速增加。糖尿病血管并发症的一个关键事件是血管通透性增加,内皮细胞(ECs)丢......
约有一半的1型或2型糖尿病患者会出现周围神经病变(peripheralneuropathy)---无力、麻木和疼痛,主要在手和脚。当血液中循环的高浓度糖分损害周围神经时,就会出现这种情况。如今,在一项......
“糖尿病是可以逆转的。”近日,中日友好医院普外科代谢减重中心主任孟化在接受《医学科学报》采访时表示,与单纯药物治疗相比,代谢手术能显著降低患者体重,改善患者糖耐量水平及胰岛素抵抗状态,使糖尿病缓解率达......
中南大学湘雅三医院12日对外透露,经该院复查,全球首例2型糖尿病肾移植术后猪胰岛移植患者的糖化血红蛋白、餐后血糖、肾功能正常,实现了外源性胰岛素完全脱离。这是全球首例猪胰岛异种移植治疗糖尿病实现完全摆......
近日,英国科学家发表的一项研究揭示了肥胖相关疾病中性别差异的生物学基础。研究人员观察到,雄性与雌性小鼠脂肪组织中构建血管的细胞存在显著差异。相关研究近日发表于《交叉科学》。约克大学运动与健康科学院教授......
近日,英国科学家发表的一项研究揭示了肥胖相关疾病中性别差异的生物学基础。研究人员观察到,雄性与雌性小鼠脂肪组织中构建血管的细胞存在显著差异。相关研究近日发表于《交叉科学》。约克大学运动与健康科学院教授......
虽然胰岛细胞移植让一些糖尿病患者放弃了每日注射胰岛素,但这些人必须服用免疫抑制药物,以防止细胞被排斥。然而,一种新的植入物可以为他们管理这些药物--而且副作用更少。在1型糖尿病中,由胰腺产生的胰岛细胞......
美国食品和药物管理局近日批准首款用于延缓1型糖尿病病程的新药,适用于患2期1型糖尿病的成人和8岁及以上儿童,可延缓其病程发展至3期。1型糖尿病是一种代谢紊乱综合征,其特征是由于胰岛素绝对缺乏引起的高血......