Subtilūs Alzheimerio ligos požymiai gali atsirasti likus dešimtmečiams iki diagnozės nustatymo – dažnai netaisyklingo elgesio, atspindinčio labai ankstyvas smegenų disfunkcijos stadijas, forma. Tačiau iki šiol nebuvo įmanoma moksliškai nustatyti ir išmatuoti šiuos nedidelius elgesio pokyčius, net ir tiriant Alzheimerio ligą su pelėmis.
Tyrime, paskelbtame m Ląstelių ataskaitos, Gladstone instituto mokslininkų komanda naudojo naują vaizdo įrašais pagrįstą mašininio mokymosi įrankį, kad nustatytų kitaip neaptinkamus ankstyvos pelių ligos požymius, kurie buvo sukurti taip, kad imituotų pagrindinius Alzheimerio ligos aspektus. Jų darbas atskleidžia naują strategiją, kaip anksčiau nei šiuo metu įmanoma nustatyti neurologines ligas ir stebėti, kaip ji vystosi laikui bėgant.
„Mes parodėme mašininio mokymosi potencialą pakeisti tai, kaip analizuojame elgesį, rodantį ankstyvus smegenų funkcijos sutrikimus“, – sako Gladstone'o tyrėjas Jorge Palopas, mokslų daktaras, vyresnysis tyrimo autorius.
„Mes panaudojome vertingą įrankį, kuris atveria duris į išsamesnį supratimą apie niokojančius smegenų sutrikimus ir kaip jie prasideda.”
Mokslininkai naudojo mašininio mokymosi platformą VAME, sutrumpintą „Variational Animal Motion Embedding“, kad analizuotų vaizdo įrašus, kuriuose pelės tyrinėja atvirą areną. Atvirojo kodo įrankis nustatė subtilius fotoaparate užfiksuotus elgesio modelius – pokyčius, kurių gali nepastebėti tiesiog žiūrint į peles.
Netvarkingo elgesio stebėjimas
VAME giluminio mokymosi platforma skiriasi nuo įprastų pelių elgesio testų, kurie dažnai sutelkiami į išankstines užduotis, kurias gyvūnai turi atlikti.
Tarp šių bandymų apribojimų jie negali užfiksuoti visų spontaniškų elgesio pokyčių, kuriuos sukelia liga, ypač ankstyvosiose stadijose, aiškina Stephanie Miller, Ph.D., Gladstone personalo mokslininkė ir pirmoji tyrimo autorė. Jie taip pat neturi mastelio ir dažnai remiasi daug darbo reikalaujančiais metodais.
Gladstone tyrime naudojant VAME, komanda įvertino dviejų tipų peles, kurios imitavo skirtingus Alzheimerio ligos aspektus. Abiejuose modeliuose mašininio mokymosi priemonė nustatė žymiai padidėjusį „nesutvarkyto elgesio“ lygį pelėms senstant. Pavyzdžiui, pelės pasižymėjo neįprastais elgesio modeliais ir dažniau pereidavo prie skirtingos veiklos – veiksnių, kurie gali būti susiję su atminties ir dėmesio stoka.
„Panašūs mašininio mokymosi metodai vieną dieną galėtų būti naudojami spontaniškam žmonių elgesiui tirti, o tai gali suteikti ankstyvą neurologinių ligų diagnozę“, – sako Milleris ir pažymi, kad VAME analizei pakanka išmaniojo telefono kokybės vaizdo. „Aš įsivaizduoju, kad ši technologija bus naudojama vertinant pacientus klinikoje ir net jų namuose. Ji suteikia mokslininkams ir gydytojams būdą išspręsti labai sunkią ikiklinikinių ligos stadijų diagnozavimo problemą.”
Milleris pradėjo eksperimentuoti su VAME prieš kelerius metus, kai ši technologija dar buvo tik pradžioje. Ji ir Palop bendradarbiavo su Stefan Remy, MD, komanda Vokietijoje, kuri iš pradžių sukūrė platformą. paskelbtame tyrime kartu jie padėjo parodyti VAME naudingumą neurologijos tyrimams Ryšių biologija.
Galimo gydymo įvertinimas
Pridėdama dar vieną savo naujo tyrimo aspektą, Gladstone komanda naudojo VAME, kad sužinotų, ar galima terapinė intervencija Alzheimerio ligai užkirstų kelią netvarkingam pelių elgesiui.
Mokslininkai pasinaudojo ankstesniais Gladstone tyrėjos Katerinos Akassoglou (Ph.D.) tyrimais, kurie atrado, kad kraują krešantis baltymas, vadinamas fibrinu, sukelia toksinio poveikio kaskadą, kai patenka į smegenis per pažeistas kraujagysles. Blokuodamas fibrino toksinį poveikį, Akassoglou laboratorija sugebėjo užkirsti kelią neurodegeneracijai, dėl kurios pablogėja pažinimas, ir apsaugoti gyvūnus nuo Alzheimerio ligos.
Siekdama išsiaiškinti, ar ši terapinė strategija gali apsaugoti peles nuo su Alzheimerio liga susijusio elgesio, komanda genetiškai užblokavo fibriną, kad jis nesukeltų toksinio uždegimo smegenyse. Ši intervencija sumažino Alzheimerio ligos pelių nenormalaus elgesio vystymąsi.
„Buvo labai padrąsinama pastebėti, kad fibrino uždegiminio aktyvumo blokavimas smegenyse sumažino beveik visus spontaniškus Alzheimerio liga sergančių pelių elgesio pokyčius, dar kartą patvirtinant, kad fibrinas ir su juo susijęs neurouždegimas yra pagrindiniai ligos veiksniai“, – sako Akassoglou, taip pat knygos autorius. studijuoti.
„Mašininis mokymasis gali pasiūlyti nešališką būdą įvertinti galimus gydymo būdus laboratorijoje – ir manau, kad galiausiai tai gali tapti neįkainojama klinikine priemone.
Palopas ir Milleris dabar dirba su kitomis Gladstone komandomis, kurios tiria neurologines ligas, kad padėtų joms panaudoti VAME technologiją naujiems elgesio tyrimams.
„Mano tikslas yra padaryti šį įrankį ir panašius metodus labiau prieinamus biologams ir gydytojams, kad sutrumpėtų laikas, kurio reikia galingiems naujiems vaistams sukurti“, – sako Milleris.