使用MRI掃描來確定腦齡一直是一個非常耗時的過程。現(xiàn)在，AI機器只需要幾秒鐘就可以完成檢測。
人類的認(rèn)知能力會隨著年齡增長而衰退。神經(jīng)科學(xué)家也早已發(fā)現(xiàn)，這種衰退與大腦解剖結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。毫無疑問測試完自動告訴你腦年齡的軟件，大腦MRI圖像無法指示衰老跡象，更不用說確定“大腦年齡”。大腦年齡和實足年齡之間的差異可以揭示癡呆癥等病癥發(fā)作情況。
幾秒鐘之內(nèi)獲得準(zhǔn)確的腦齡數(shù)據(jù)
然而，MRI圖像分析是一個冗長的過程，因為MRI數(shù)據(jù)必須經(jīng)過大量處理才能被用來分析自然衰老。預(yù)處理工作包括從圖像中去除頭骨等非腦組織；白質(zhì)、灰質(zhì)和其他組織的區(qū)分；以及去除圖像偽影以及各種數(shù)據(jù)平滑技術(shù)。
所有這些數(shù)據(jù)的處理時間可能會超過個24小時，這使得醫(yī)生們難以將患者腦齡這一因素納入臨床診斷。
而這一切，要歸功于 及其團(tuán)隊在倫敦國王學(xué)院進(jìn)行的研究。該團(tuán)隊正在使用來自MRI掃描儀的原始數(shù)據(jù)，來訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)機器測量腦齡。有了深層學(xué)習(xí)技術(shù)，臨床醫(yī)生便可以在幾秒鐘之內(nèi)獲得準(zhǔn)確的腦齡數(shù)據(jù)。有時候患者還沒有退出掃描儀，結(jié)果就出來了。
該方法基于一項標(biāo)準(zhǔn)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)。在訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)機的過程中，使用了2000多名正常人的MRI腦部掃描圖像。這些人的年齡在18到90歲之間，并且不具有任何可能影響大腦年齡的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。所以他們的大腦年齡應(yīng)該與他們的實足年齡相吻合。
所有掃描結(jié)果均為現(xiàn)代MRI掃描儀進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)T1加權(quán)掃描。每張掃描圖上均標(biāo)注了患者的實足年齡。
該團(tuán)該團(tuán)隊使用了其中80％的圖像來訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測量一個人的年齡，并對其大腦進(jìn)行掃描。然后，他們使用了另外200張圖像來驗證這一過程。最后，他們用200張機器尚未學(xué)習(xí)過的圖像測試了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的腦齡測量效果。
同時，該團(tuán)隊還將深度學(xué)習(xí)方法與常規(guī)的腦齡測定方法進(jìn)行了對比。這需要大量的圖像處理，以識別大腦中的白質(zhì)和灰質(zhì)，然后使用高斯過程回歸法進(jìn)行統(tǒng)計分析。
對比結(jié)果非常有趣。通過分析預(yù)處理數(shù)據(jù)，深度學(xué)習(xí)和高斯過程回歸均準(zhǔn)確地得出了患者的實足年齡。這兩種方法的誤差均小于五年。
快速測量大腦衰老，可能改善糖尿病、精神分裂癥療法
盡管如此，深入學(xué)習(xí)在分析原始MRI數(shù)據(jù)時，還是表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。它得出了正確的大腦年齡，并且平均誤差僅為4.66年。相比之下測試完自動告訴你腦年齡的軟件，高斯過程回歸的標(biāo)準(zhǔn)方法則在該測試中表現(xiàn)不佳，只給出了平均誤差約為12年的粗略腦齡。
此外，與標(biāo)準(zhǔn)方法所需的24小時預(yù)處理時間相比，深度學(xué)習(xí)分析只需要幾秒鐘便可以完成。深度學(xué)習(xí)機器所進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理工作，只是為了確保各圖像之間在圖像取向和立體像素尺寸上的一致性。
這對醫(yī)生造成了重大影響。及其同僚表示：“這款軟件可以幫助臨床醫(yī)生在MRI掃描的過程中，獲得根據(jù)腦齡預(yù)測的年齡數(shù)據(jù)。”
該團(tuán)隊還比較了來自不同掃描儀的圖像，來證明該技術(shù)可應(yīng)用于世界各地不同掃描儀所拍攝的圖像。通過比較雙胞胎的大腦年齡，他們還研究了腦齡與遺傳因素之間的相關(guān)性。有趣的是，結(jié)果表明，相關(guān)性會隨年齡增長而減弱，環(huán)境因素的影響會隨著時間的推移變得更加顯著。這同樣提出了一個新的研究方向。
這樣一個令人印象深刻的研究結(jié)果，很可能會對臨床醫(yī)生的診斷方法造成巨大的影響。大量研究證據(jù)表明，糖尿病、精神分裂癥和創(chuàng)傷性腦損傷等病癥與腦衰老的加速相關(guān)。因此，一種快速準(zhǔn)確地測量大腦衰老程度的方法，可能會對這些疾病的臨床療法產(chǎn)生重要影響。
及其同僚表示：“腦預(yù)測年齡代表了一種準(zhǔn)確、可靠且在遺傳學(xué)上有效的表型，它有可能被用作腦衰老的生物標(biāo)記。”