Исследователи из Университета Дьюка разработали метод, который позволяет оценивать скорость старения человека по магнитно-резонансной томографии мозга.
Биомаркер DunedinPACNI (Dunedin Pace of Aging Calculated from NeuroImaging) способен предсказать риск развития деменции, хронических заболеваний и смерти, анализируя структурные особенности мозга по его изображениям. Технический отчет, опубликованный в журнале Nature Aging, предлагает метод раннего выявления людей с ускоренным старением и оценки эффективности антивозрастных вмешательств.
Основным инструментом измерения индивидуальных различий в скорости старения сегодня считаются эпигенетические часы, которые основаны на изменениях в метилировании ДНК. Существующие нейровизуализационные подходы к измерению старения мозга фокусируются на предсказании хронологического возраста по МРТ через вычисление «разрыва возраста мозга» — разности между предсказанными и реальными годами жизни. Однако такие методы склонны смешивать ошибки моделей с истинной скоростью биологического старения, потому что, как правило, не обучаются на продольных наблюдениях одних и тех же людей в течение длительного времени.
Ключевой особенностью DunedinPACNI стало использование уникальных данных продольного исследования Dunedin Study, в рамках которое наблюдение велось за 1037 людьми, родившимися в одном году (1972-1973), от рождения до 45 лет. На протяжении двух десятилетий исследователи измеряли 19 биомаркеров сердечно-сосудистой, эндокринной, почечной, иммунной, легочной систем и зубов в возрасте 26, 32, 38 и 45 лет, создав показатель «темп старения». Затем с помощью машинного обучения они обучили модель предсказывать этот темп старения по 315 структурным характеристикам мозга, полученным из одного T1-взвешенного МРТ-сканирования в возрасте 45 лет.
Валидация DunedinPACNI проводилась на трех крупных независимых выборках: ADNI (1737 участников), Британский биобанк (42583 участника) и BrainLat (369 участников из Латинской Америки). Результаты впечатляют: люди с более быстрым DunedinPACNI показали худшие результаты по тестам памяти, скорости обработки информации и исполнительных функций. В исследовании ADNI участники с ускоренным старением мозга имели на 61% больший риск развития деменции по сравнению со средними показателями. В Британском биобанке более быстрый DunedinPACNI предсказывал ускоренную атрофию гиппокампа, большую физическую слабость, худшее самочувствие и на 41% повышенный риск смерти. Важно, что биомаркер отражал социальные градиенты неравенства в здоровье – люди с худшим образованием и доходом старели быстрее.
DunedinPACNI отличается от существующих методов тем, что отражает канонические паттерны старения мозга: истончение коры, уменьшение объема серого вещества, увеличение желудочков мозга. Биомаркер оказался надежен при повторных измерениях и слабо коррелировал с традиционным «разрывом возраста мозга», объясняя дополнительную вариабельность в прогнозировании здоровья. При совместном использовании обоих методов точность предсказания смертности увеличивалась до 50%.
Исследователи также честно признают ограничения своей работы. Основная выборка состояла преимущественно из людей европейского происхождения, что может ограничить применимость к другим популяциям, хотя валидация на латиноамериканской выборке показала сопоставимые результаты. DunedinPACNI использует только структурные данные T1-взвешенных изображений, и его точность могла улучшиться с включением дополнительных МР-последовательностей. Кроме того, биомаркер пока – чисто исследовательский инструмент и требует дальнейшей валидации перед клиническим применением.
Но даже при этом DunedinPACNI открывает достаточно широкие перспективы для анализа возрастных изменений организма. Алгоритм доступен исследовательскому сообществу, его можно применить к существующим нейровизуализационным базам данных по всему миру.
Текст: Анна Хоружая