Ricerche

Ricercatori del WPI-Worcester Polytechnic Institute (Massachusetts/USA) hanno impiegato una forma di intelligenza artificiale (AI) per analizzare i cambiamenti anatomici nel cervello e prevedere il morbo di Alzheimer (MA) con una precisione quasi del 93%. La loro ricerca, pubblicata su Neuroscience, ha anche rivelato che i cambiamenti anatomici, che comportano la perdita di volume del cervello, differiscono in base all’età e al sesso.

"La diagnosi precoce del MA può essere difficile perché i sintomi si confondono con il normale invecchiamento", afferma Benjamin Nephew, assistente professore di ricerca nel Dipartimento di Biologia e Biotecnologia. "Abbiamo scoperto che le tecnologie di AI, tuttavia, possono analizzare grandi quantità di dati provenienti dalle scansioni per identificare cambiamenti sottili e prevedere con precisione il MA e gli stati cognitivi correlati. Questo progresso ha informato la ricerca sul MA e potrebbe portare a metodi che consentirebbero ai medici di diagnosticare e curare la malattia prima e in modo più efficace".

Il MA è una malattia neurodegenerativa che compromette le funzioni mentali e alla fine porta alla morte. Si stima che circa 6,9 milioni di americani over-65 vivano con il MA. Il cervello sano contiene miliardi di neuroni, le cellule che elaborano e trasmettono i segnali necessari per il pensiero, il movimento e altre funzioni corporee. Il MA danneggia i neuroni, portando alla morte cellulare e alla perdita del tessuto cerebrale e delle funzioni cognitive associate.

Nephew, il dottorando Senbao Lu e Bhaavin Jogeshwar, hanno condotto la loro ricerca con scansioni MRI cerebrali dell'Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, un progetto multicentrico che ha costruito una libreria di scansioni cerebrali di persone tra 69 e 84 anni. Le scansioni raffigurano il cervello di persone con funzionamento mentale normale, lieve deterioramento cognitivo (MCI, mild cogntiive impairment) e MA.

L'analisi di immagini MRI ricche di dati può richiedere notevole potenza di calcolo e tempo. Per focalizzare la loro indagine, i ricercatori del WPI hanno prima usato l’AI per analizzare 815 scansioni MRI e misurare il volume in 95 regioni del cervello. Quindi hanno usato un algoritmo per fare previsioni basate sulle differenze nelle misurazioni tra individui sani e quelli con MCI o MA. I risultati hanno mostrato che il metodo era accurato al 92,87% nel rilevare il MA tra cervelli normali e cervelli di persone con MCI.

La perdita di volume nell'ippocampo, nell'amigdala e nella corteccia entorinale erano i principali predittori del MA in tutte le categorie di età e sesso. L’ippocampo è una piccola struttura a forma di cavalluccio marino situata in profondità nel cervello, responsabile di memoria e apprendimento. L'amigdala, composta da due strutture a forma di mandorla, controlla le emozioni. La corteccia entorinale è un fulcro per la memoria, la navigazione e la percezione, ed è tra le prime parti del cervello ad essere colpite dal MA.

Sia i maschi che le femmine tra 69 e 76 anni, la fascia di età più giovane studiata, hanno mostrato una perdita di volume cerebrale nell’ippocampo destro. Secondo i ricercatori, ciò suggerisce che l’ippocampo destro potrebbe essere importante nella diagnosi precoce del MA.

"La sfida fondamentale in questa ricerca era costruire un modello generalizzabile di apprendimento automatico che catturi le differenze tra cervello sano e cervello di persone con MCI o MA", afferma Nephew. "Un modello generalizzabile significa che i biomarcatori che abbiamo trovato non sono esclusivi di questo set di dati, ma potrebbero essere universali per tutti i pazienti con MCI o MA".

Sono emerse anche differenze tra cervello maschile e femminile. I ricercatori hanno scoperto che la perdita di volume nelle femmine si verificava nella corteccia temporale media sinistra, coinvolta nel linguaggio, nella memoria e nella percezione visiva. Nei maschi, la perdita di volume era notevole nella corteccia entorinale destra. L’entità di queste differenze è stata sorprendente, dice Nephew, e potrebbe essere correlata alle interazioni tra la progressione del MA e i cambiamenti negli ormoni sessuali. Alcuni ricercatori hanno collegato il rischio di MA alla perdita di estrogeni nelle donne e di testosterone negli uomini con l’avanzare dell’età.

Nephew e gli studenti del WPI stanno dando seguito alla loro pubblicazione valutando l'uso di modelli di apprendimento profondo ed esaminando altri fattori che possono avere un impatto sul cervello e sul MA, come il diabete.