使用MRI掃描來(lái)確定腦齡一直是一個(gè)非常耗時(shí)的過(guò)程。現(xiàn)在，AI機(jī)器只需要幾秒鐘就可以完成檢測(cè)。
人類(lèi)的認(rèn)知能力會(huì)隨著年齡增長(zhǎng)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(wú)疑問(wèn)測(cè)試完自動(dòng)告訴你腦年齡的軟件，大腦MRI圖像無(wú)法指示衰老跡象，更不用說(shuō)確定“大腦年齡”。大腦年齡和實(shí)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(gè)冗長(zhǎng)的過(guò)程，因?yàn)镸RI數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)大量處理才能被用來(lái)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(shí)間可能會(huì)超過(guò)個(gè)24小時(shí)，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?dú)w功于 及其團(tuán)隊(duì)在倫敦國(guó)王學(xué)院進(jìn)行的研究。該團(tuán)隊(duì)正在使用來(lái)自MRI掃描儀的原始數(shù)據(jù)，來(lái)訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)機(jī)器測(cè)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(shí)候患者還沒(méi)有退出掃描儀，結(jié)果就出來(lái)了。
該方法基于一項(xiàng)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(jī)的過(guò)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(shí)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(shí)足年齡。
該團(tuán)該團(tuán)隊(duì)使用了其中80％的圖像來(lái)訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量一個(gè)人的年齡，并對(duì)其大腦進(jìn)行掃描。然后，他們使用了另外200張圖像來(lái)驗(yàn)證這一過(guò)程。最后，他們用200張機(jī)器尚未學(xué)習(xí)過(guò)的圖像測(cè)試了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的腦齡測(cè)量效果。
同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還將深度學(xué)習(xí)方法與常規(guī)的腦齡測(cè)定方法進(jìn)行了對(duì)比。這需要大量的圖像處理，以識(shí)別大腦中的白質(zhì)和灰質(zhì)，然后使用高斯過(guò)程回歸法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
對(duì)比結(jié)果非常有趣。通過(guò)分析預(yù)處理數(shù)據(jù)，深度學(xué)習(xí)和高斯過(guò)程回歸均準(zhǔn)確地得出了患者的實(shí)足年齡。這兩種方法的誤差均小于五年。
快速測(cè)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(shí)，還是表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。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(cè)試完自動(dòng)告訴你腦年齡的軟件，高斯過(guò)程回歸的標(biāo)準(zhǔn)方法則在該測(cè)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(shí)預(yù)處理時(shí)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(jī)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(duì)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(guò)程中，獲得根據(jù)腦齡預(yù)測(cè)的年齡數(shù)據(jù)?！?/p>
該團(tuán)隊(duì)還比較了來(lái)自不同掃描儀的圖像，來(lái)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(guò)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(huì)隨年齡增長(zhǎng)而減弱，環(huán)境因素的影響會(huì)隨著時(shí)間的推移變得更加顯著。這同樣提出了一個(gè)新的研究方向。
這樣一個(gè)令人印象深刻的研究結(jié)果，很可能會(huì)對(duì)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(cè)量大腦衰老程度的方法，可能會(huì)對(duì)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(cè)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。”