پیری بر تمام قسمت‌های بدن تأثیر می‌گذارد، اما مغز نقش کلیدی در کیفیت زندگی در سال‌های پایانی دارد. برخی از افراد تا دهه ۸۰ و ۹۰ زندگی خود ذهنی تیزبین و هوشیار دارند، در حالی که برخی دیگر دچار زوال شناختی سریع می‌شوند. درک علت این تفاوت، مدت‌ها چالشی برای دانشمندان بوده است.
اکنون یک مطالعه قابل‌توجه، روشی انقلابی برای اندازه‌گیری سرعت پیری مغز با کمک هوش مصنوعی (AI) معرفی کرده است. برخلاف روش‌های قبلی که تنها یک تخمین کلی از سن مغز ارائه می‌دادند، این روش نرخ زوال مغز را در طول زمان محاسبه می‌کند.
با ردیابی میزان تغییرات مغز بین دو اسکن MRI، محققان می‌توانند “سرعت پیری” یک فرد را مشخص کنند.
اندری ایرمیا، دانشیار دانشکده سالمندی لئونارد دیویس در دانشگاه USC، می‌گوید:
“این یک اندازه‌گیری نوآورانه است که می‌تواند نحوه‌ی پایش سلامت مغز را در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و کلینیک‌ها تغییر دهد. دانستن سرعت پیری مغز می‌تواند قدرت زیادی به ما بدهد.”
سن بیولوژیکی در مقابل سن تقویمی
سن تقویمی، مدت‌زمانی را که از تولد یک فرد گذشته است، اندازه‌گیری می‌کند، اما سن بیولوژیکی نشان می‌دهد که بدن و مغز او با چه سرعتی در حال پیر شدن هستند.
برخی از افراد با سرعتی کمتر یا بیشتر از همسالان خود پیر می‌شوند. روش‌های قبلی فقط یک تصویر ثابت از سن مغز ارائه می‌دادند و تغییرات مداوم را از دست می‌دادند.
روش جدید این مشکل را برطرف کرده و با مقایسه دو اسکن MRI از یک فرد در بازه‌های زمانی متفاوت، میزان تغییرات را محاسبه می‌کند. این روش مشخص می‌کند که آیا مغز یک فرد با سرعتی بیشتر یا کمتر از حد معمول در حال پیر شدن است.
محققان می‌نویسند:
“سرعت پیری مغز، میزان تغییرات مرتبط با افزایش سن را در یکپارچگی سیستم‌های نوروبیولوژیکی نشان می‌دهد. به عنوان مثال، سرعت بالاتر، تغییرات شناختی نامطلوب بیشتری را منعکس می‌کند که می‌تواند منجر به بیماری و مرگ زودرس شود.”
محدودیت‌های آزمایش‌های مبتنی بر خون برای سنجش پیری مغز
برخی مطالعات تلاش کرده‌اند که سن بیولوژیکی را از طریق نمونه‌های خون اندازه‌گیری کنند، اما این روش تصویری دقیق از پیری مغز ارائه نمی‌دهد.
ایرمیا توضیح می‌دهد:
“سد بین مغز و جریان خون مانع از عبور سلول‌های خونی به داخل مغز می‌شود. بنابراین، نمونه خون گرفته‌شده از بازو نمی‌تواند مستقیماً فرآیندهای متیلاسیون و سایر تغییرات مرتبط با پیری در مغز را منعکس کند.”
برای غلبه بر این چالش، محققان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی مدل هوش مصنوعی خود را با استفاده از اسکن‌های MRI هزاران فرد سالم آموزش داده‌اند. این مدل سپس روی گروه‌های مستقلی، از جمله بیماران مبتلا به آلزایمر، آزمایش شد.
اندازه‌گیری سرعت پیری مغز
این روش جدید تغییرات بین دو اسکن MRI را در طول زمان بررسی می‌کند. به جای تخمین سن مغز در یک نقطه خاص، سیستم هوش مصنوعی مشخص می‌کند که بین دو اسکن، چه میزان پیری اتفاق افتاده و نرخ زوال را محاسبه می‌کند.
مدل هوش مصنوعی توانست با خطای میانگین تنها ۰.۱۶ سال، سن مغز افراد سالم را پیش‌بینی کند. در مقایسه، بهترین مدل سنتی خطای ۱.۸۵ سال داشت، یعنی بیش از ۱۰ برابر ضعیف‌تر از مدل جدید.
هوش مصنوعی تفاوت‌های پیری مغز را نشان می‌دهد
علاوه بر بررسی سرعت پیری، محققان تفاوت‌های مهمی را بین جنسیت‌ها، گروه‌های سنی و شرایط شناختی مشاهده کردند.
پل بوگدان، دانشیار دانشکده مهندسی ویتربی USC، می‌گوید:
“شبکه عصبی سه‌بعدی CNN ما قادر به تولید نقشه‌های برجسته‌ای است که نشان می‌دهد کدام مناطق مغز بیشترین تأثیر را در تعیین سرعت پیری دارند.”
برای زنان، پیری مغز بیشتر در چین پیش‌مرکزی راست، لوب‌های جداری فوقانی و پرکونئوس مشاهده شد. اما در مردان، تغییرات مرتبط با پیری بیشتر در چین فرانتوپولار عرضی چپ و چین سوپرامارجینال راست رخ داد.
افراد ۵۰ ساله پیری مغزی متفاوتی نسبت به افراد ۷۰ ساله داشتند. در افراد جوان‌تر، کاهش بیشتر در لوب گیجگاهی جانبی چپ و لوب پس‌سری میانی راست مشاهده شد، در حالی که افراد مسن‌تر دچار پیری سریع‌تر در چین مرکزی و پس‌مرکزی راست بودند.
ارتباط پیری مغز با زوال شناختی
مطالعه نشان داد که افرادی که مغز آن‌ها سریع‌تر پیر می‌شود، در طول زمان دچار کاهش شدیدتری در عملکرد شناختی می‌شوند.
ایرمیا می‌گوید:
“نرخ پیری مغز به طور قابل‌توجهی با تغییرات عملکرد شناختی مرتبط است. بنابراین، اگر سرعت پیری مغز شما بالا باشد، احتمالاً با کاهش سرعت پردازش، عملکرد اجرایی و حافظه مواجه خواهید شد.”
این ارتباط به‌ویژه در مقیاس ارزیابی بیماری آلزایمر (ADAS13) دیده شد. افرادی که مغز آن‌ها سریع‌تر پیر می‌شد، در آزمون‌های شناختی خطاهای بیشتری داشتند، که نشان‌دهنده ارتباط قوی بین ساختار مغز و عملکرد شناختی است.
شناسایی افراد در معرض خطر
مهم‌ترین یافته این مطالعه این بود که سرعت پیری مغز می‌تواند زوال شناختی آینده را پیش‌بینی کند. در میان شرکت‌کنندگان، کسانی که بعداً دچار زوال شناختی شدند، سرعت پیری مغز بالاتری نسبت به افراد سالم داشتند.
بوگدان توضیح می‌دهد:
“همبستگی این معیارها با نتایج آزمایش‌های شناختی نشان می‌دهد که این مدل می‌تواند به‌عنوان یک نشانگر زیستی اولیه برای زوال عصبی-شناختی عمل کند.”
شناسایی زودهنگام افراد در معرض خطر می‌تواند امکان اقدامات پیشگیرانه مانند تغییر سبک زندگی یا مداخلات پزشکی را قبل از بروز علائم فراهم کند.
آینده‌ی نظارت بر سلامت مغز
ایرمیا معتقد است که این مدل می‌تواند قبل از ظهور علائم شناختی، پیری مغز را تشخیص دهد. با توجه به ظهور درمان‌های جدید آلزایمر، مداخله زودهنگام ممکن است نقشی کلیدی در بهبود نتایج داشته باشد.
او می‌گوید:
“یکی از اهداف اصلی آزمایشگاه ما این است که بتوانیم ریسک ابتلا به آلزایمر را تخمین بزنیم. مثلاً بگوییم «در حال حاضر، این فرد ۳۰٪ احتمال ابتلا به آلزایمر دارد.» هنوز به آن نقطه نرسیده‌ایم، اما در حال کار روی آن هستیم.”
از آنجا که الگوهای پیری مغز در زنان و مردان متفاوت است، این مدل می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا دریابند چرا ریسک ابتلا به بیماری‌های عصبی-شناختی در دو جنس متفاوت است.
مسیرهای تحقیقاتی آینده
البته این مطالعه دارای محدودیت‌هایی است. چون میانگین سرعت پیری را در یک بازه زمانی مشخص محاسبه می‌کند، ممکن است تغییرات اخیر مغز را منعکس نکند.
همچنین، مدل برای افراد سالم دقت بیشتری داشت تا برای بیماران آلزایمری، زیرا با داده‌های افراد سالم آموزش داده شده بود.
با این حال، این پژوهش گامی بزرگ در درک روند پیری مغز محسوب می‌شود. تمرکز بر سرعت تغییرات مغز، نه فقط وضعیت فعلی آن، می‌تواند به درمان‌های پزشکی شخصی‌سازی‌شده منجر شود.
این مطالعه در مجله‌ی Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
