Машинное обучение выявляет индивидуальные мозговые сети у детей

By Александр Бойко No comments

мозговые сети
                Кредит: CC0 Public Domain

Машинное обучение помогает исследователям Penn Medicine определить размер и форму мозговых сетей у отдельных детей, что может быть полезно для понимания психических расстройств. В новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Neuron, междисциплинарная команда показала, как мозговые сети, уникальные для каждого ребенка, могут предсказывать познание. Исследование, в котором использовались методы машинного обучения для анализа функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) почти 700 детей, подростков и молодых людей, — впервые показало, что функциональная нейроанатомия может сильно различаться у детей и уточняется в процессе развития.
                                                                                       

Человеческий мозг имеет структуру складок и гребней на своей поверхности, которые обеспечивают физические ориентиры для нахождения областей мозга. Функциональные сети, которые управляют познанием, давно изучались на людях, выстраивая паттерны активации — программное обеспечение мозга — с аппаратными средствами этих физических ориентиров. Однако этот процесс предполагает, что функции мозга расположены на одних и тех же ориентирах у каждого человека. Это хорошо работает для многих простых мозговых систем, например, двигательная система, управляющая движением, обычно находится рядом с одной и той же конкретной складкой у каждого человека. Тем не менее, многочисленные недавние исследования, проведенные на взрослых, показали, что это не относится к более сложным системам мозга, отвечающим за исполнительную функцию, — совокупности психических процессов, включающих самоконтроль и внимание. В этих системах функциональные сети не всегда совпадают с физическими ориентирами мозга складок и гребней. Вместо этого у каждого взрослого есть своя конкретная раскладка. До сих пор было неизвестно, как могут измениться такие индивидуальные сети, когда дети вырастут или будут связаны с исполнительной функцией.

«Интересная часть этой работы заключается в том, что теперь мы можем определить пространственное расположение этих функциональных сетей у отдельных детей, а не смотреть на всех, используя один и тот же подход» один размер подходит всем «, — сказал старший автор Теодор Д. Саттервейт, доктор медицинских наук, доцент кафедры психиатрии в Медицинской школе Перельмана в Университете Пенсильвании. «Как и взрослые, мы обнаружили, что функциональная нейроанатомия у разных детей сильно различается — у каждого ребенка свой уникальный характер. Также как и у взрослых, сети, которые больше всего различаются между детьми, — это те же исполнительные сети, которые отвечают за регулирование видов поведения, часто сажают подростков в горячую воду, например, на риск и импульсивность. «

Чтобы изучить, как функциональные сети развиваются у детей и поддерживают исполнительную функцию, команда проанализировала большую выборку подростков и молодых людей (693 участника в возрасте от 8 до 23 лет). Эти участники прошли 27 минут сканирования МРТ как часть Филадельфийской Нейроразвивающей Когорты (PNC) — большого исследования, которое финансировалось Национальным Институтом Психического Здоровья. Методы машинного обучения, разработанные лабораторией Йонг Фана, доктора философии, доцента радиологии в Пенне и соавтора статьи, позволили команде составить карту 17 функциональных сетей у отдельных детей, а не полагаться на среднее местоположение из этих сетей.

Затем исследователи изучили, как эти функциональные сети развивались в подростковом возрасте и были связаны с производительностью на батарее когнитивных тестов. Команда обнаружила, что функциональная нейроанатомия этих сетей уточнялась с возрастом, и позволила исследователям прогнозировать возраст ребенка с высокой степенью точности.

«Пространственное расположение этих сетей предсказывало, насколько хороши дети в выполнении управленческих задач», — сказал доктор философии Зайсю Цуй, доктор наук в лаборатории Satterthwaite и первый автор статьи. «Дети, которые имеют больше» недвижимости «в своей коре, посвященной сетям, отвечающим за исполнительные функции, на самом деле лучше справляются с этими сложными задачами». В отличие от этого, молодежь с более низкой исполнительной функцией имела меньше своей коры головного мозга, посвященной этим исполнительным сетям.

Взятые вместе, эти результаты дают новый взгляд на пластичность развития и разнообразие и подчеркивают потенциал для прогресса в персонализированной диагностике и терапии, сказали авторы.

«Полученные данные приводят нас к интересным вопросам, касающимся биологии развития того, как формируются эти сети, а также открывают потенциал для персонализации нейромодулирующих методов лечения, таких как стимуляция мозга при депрессии или проблемах с вниманием», — сказал Саттертвейт. «Как эти системы заложены в первую очередь? Можем ли мы получить лучший ответ для наших пациентов, если мы будем использовать нейромодуляцию, нацеленную на использование их собственных персональных сетей? Сосредоточение внимания на уникальных особенностях мозга каждого человека может обеспечить важный путь вперед». «/р>

Добавить комментарий