Согласно свежему исследованию, опубликованному в журнале The Lancet Digital Health, реакция мозга на инсульт может принимать неожиданные формы. Учёные из Института нейровизуализации и информатики Марка и Мэри Стивенс Университета Южной Калифорнии (Stevens INI) выявили, что у пациентов, перенёсших инсульт и страдающих от серьёзных двигательных нарушений, в неповреждённых областях мозга могут наблюдаться признаки структурной «молодости». Эта особенность, вероятно, является отражением адаптивных процессов и реорганизации нейронных сетей после полученной травмы.
Данное исследование было осуществлено в рамках международной Рабочей группы по продолжительной нейровизуализации посредством метаанализа (ENIGMA), занимающейся вопросами восстановления после инсульта. В ходе работы специалисты проанализировали снимки головного мозга более 500 пациентов, собранные в 34 исследовательских центрах, расположенных в восьми странах. Используя модели глубокого обучения, которые были предварительно обучены на десятках тысяч МРТ-сканирований, команда оценила так называемый «возраст мозга» в различных регионах каждого полушария, чтобы понять, как инсульт влияет на его структуру и последующее восстановление.
Парадоксальная реакция мозга на повреждение
Как сообщает сайт Stevens INI, учёные обнаружили, что более масштабные инсульты провоцируют ускоренное старение повреждённого полушария. Однако парадоксальным образом за пределами зоны поражения, в противоположном полушарии, структуры мозга могут демонстрировать признаки относительной «молодости». Эта скрытая перестройка, по мнению исследователей, представляет собой попытку центральной нервной системы компенсировать утраченные функции.
Визуализация этого процесса показывает, что при повреждении тканей мозга на критическом двигательном пути, пострадавшая область (обозначаемая красным цветом) стареет ускоренными темпами. В то же время соответствующие участки противоположной стороны (отмеченные синим) могут казаться сравнительно «молодыми», поскольку мозг активирует компенсаторные механизмы. Как отмечают специалисты, именно эта диспропорция коррелирует с более выраженными двигательными проблемами и замедленными темпами восстановления у пациентов.
«Наши выводы указывают на то, что мозг после инсульта не является статичным. Он динамично меняется, и эти изменения имеют двунаправленный характер: старение в одном регионе и своеобразное «омоложение» в другом», — пояснил один из ведущих авторов работы. Полученные данные открывают новые перспективы для разработки персонализированных стратегий нейрореабилитации, основанных на индивидуальных паттернах структурных изменений мозга.
отивоположную сторону мозга выглядят моложе», — сказал он. — сказал Хосунг Ким, доктор философии, доцент кафедры исследовательской неврологии Медицинской школы Университета Южной Калифорнии и состарший автор исследования. «Эта закономерность предполагает, что мозг, возможно, реорганизуется при наличии омолаживающей неповрежденные сети, чтобы компенсировать утренние функции».
ИИ обнаруживает перенастройку мозга после инсульта
Для проведения анализа исследователи использовали тип искусственного интеллекта, называемый «верточной сетью графов». Эта система оценила биологический возраст 18 областей мозга на основе данных МРТ. Затем они сравнили этот прогнозируемый возраст с фактическим возрастом каждого человека. Этот показатель известен как прогнозируемая мозговая разница в возрасте (brain-PAD), который служит индикатором здоровья мозга.
Когда в эти века мозг сравнивали с показателями двигательных функций, появилась четкая закономерность. У людей, перенесших инсульт, с тяжелыми двигательными нарушениями, даже после более чем 6 месяцев реабилитации, возраст мозга в регионах, напротив травмы, был моложе, чем ожидалось. Особенно сильный этот эффект был в лобно-темной сети, играющей главную роль в планировании операций, внимании и координации.
«Эти результаты показывают, что, когда инсульт приводит к большему поражению движений, неповрежденные области на противоположной стороне мозга могут адаптироваться, чтобы помочь компенсировать это», — сказал он. Ким объяснил. «Мы наблюдали это в контралезиальной лобно-темной сети, которая показала более «молодую» фигуру и, как известно, поддерживает моторное планирование, внимание и координацию. Вместо того, чтобы наблюдать полное восстановление движения, эта закономерность может отражать способность мозга приспособиться, когда поврежденная двигательная система больше не может нормально функционировать. Это дает нам новый способ нейропластичности, который традиционные методы визуализации не смогли уловить».
Крупномасштабные данные выявляют скрытые проявления
Исследование основывалось на ENIGMA, глобальном сотрудничестве, которое предоставляет данные из более чем 50 стран, чтобы лучше понять работу мозга в различных условиях. Стандартизируя данные МРТ и клиническую информацию, многие исследовательские группы создали самый большой в своем роде набор данных нейровизуализации и консультаций.
«Объединив данные о людях, переживших инсульт в мире, и применив передовой искусственный интеллект, мы можем определить особенности особенностей реорганизации мозга, которые были незаметны в небольших исследованиях. Эти данные о региональной дифференциации старения мозга при хроническом инсульте могут в конечном итоге стать для разработки персонализированных стратегий реабилитации», — сказал он. сказал Артур В. Тога, доктор философии, директор Стивенс INI и профессор-проректор Университета Южной Калифорнии.
На пути к персонализированному восстановлению после инсульта
Исследователи планируют продолжить эту работу, наблюдая за пациентами в течение времени, от первых стадий после инсульта до длительного восстановления. Отслеживание того, как развиваются закономерности старения мозга и структурные изменения, может помочь врачам адаптировать лечение к уникальному процессу восстановления каждого человека с целью улучшения и улучшения качества жизни.
Выберите больше о связи между нейропластичностью в противоположном направлении и двигательными нарушениями, посмотрев это видео, созданное Стивенсом INI.
Исследование «Прогнозирование региональных возрастов мозга с помощью глубокого обучения на основе МРТ выявляет нейропластичность в противоположную сторону, связанную с тяжелыми двигательными нарушениями при хроническом инсульте: научное исследование ENIGMA», было профинансировано по гранту R01 NS115845 Объединенного института здравоохранения (NIH) и поддержано международными сотрудниками из таких учреждений, как Британский университет Колумбии, Университет Монаша, Университет Эмори и Университет Осло.