Il cervello umano contiene molti indizi sulla salute a lungo termine di una persona: infatti, la ricerca mostra che l’età cerebrale di una persona è un predittore più utile e accurato dei rischi per la salute e delle malattie future rispetto alla data di nascita.
Un nuovo modello di intelligenza artificiale (AI) che analizza le scansioni cerebrali con risonanza magnetica (MRI) sviluppato dai ricercatori dell’USC potrebbe essere utilizzato per individuare con precisione il declino cognitivo legato a malattie neurodegenerative come l’Alzheimer molto prima rispetto ai metodi precedenti.
Età del cervello: un nuovo modello di A.I. individua il declino cognitivo
I risultati dello studio mostrano che il nuovo modello di intelligenza artificiale può prevedere la vera età (cronologica) dei partecipanti cognitivamente normali con un errore assoluto medio di 2,3 anni, che è circa un anno più preciso di un modello esistente e pluripremiato per la stima dell’età cerebrale che utilizzava un diversa architettura di rete neurale.
“L’intelligenza artificiale interpretabile può diventare un potente strumento per valutare il rischio di Alzheimer e altre malattie neurocognitive“, ha affermato Irimia, che ricopre anche incarichi di facoltà presso la USC Viterbi School of Engineering e l’USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.
“Prima possiamo identificare le persone ad alto rischio di malattia di Alzheimer, prima i medici possono intervenire con le opzioni terapeutiche, il monitoraggio e la gestione della malattia. Ciò che rende l’IA particolarmente potente è la sua capacità di cogliere caratteristiche sottili e complesse dell’invecchiamento che altri metodi non possono e che sono fondamentali per identificare il rischio di una persona molti anni prima che sviluppino la condizione“.
Il nuovo modello rivela anche differenze specifiche per sesso nel modo in cui l’invecchiamento varia nelle regioni del cervello. Alcune parti del tessuto cerebrale invecchiano più velocemente nei maschi che nelle femmine, e viceversa.
I maschi, che sono a maggior rischio di compromissione motoria a causa del morbo di Parkinson, sperimentano un invecchiamento più rapido nella corteccia motoria del cervello, un’area responsabile della funzione motoria. I risultati mostrano anche che, tra le donne, l’invecchiamento tipico può essere relativamente più lento nel suo emisfero destro.
Le applicazioni di questo lavoro vanno ben oltre la valutazione del rischio di malattia. Irimia immagina un mondo in cui i nuovi metodi di apprendimento profondo sviluppati come parte dello studio vengono utilizzati per aiutare le persone a capire quanto velocemente stanno invecchiando in generale: “Una delle applicazioni più importanti del nostro lavoro è il suo potenziale per aprire la strada a interventi su misura che affrontano i modelli di invecchiamento unici di ogni individuo”, ha affermato lo scienziato.
Un nuovo studio della USC Leonard Davis School of Gerontology sfida le idee esistenti su come l’accumulo di una proteina chiamata amiloide-beta (Aβ) nel cervello sia correlato al morbo di Alzheimer.
Mentre l’accumulo di proteina amiloide è stato associato alla neurodegenerazione correlata all’Alzheimer, poco si sa su come la proteina sia correlata al normale invecchiamento cerebrale, ha affermato il professor Caleb Finch, autore senior dello studio e titolare della cattedra ARCO/William F. Kieschnick nel Neurobiologia dell’invecchiamento presso la USC Leonard Davis School.
Per esplorare i livelli di Aβ nel cervello umano, i ricercatori hanno analizzato campioni di tessuto sia di cervelli sani che di cervelli di pazienti con demenza. I casi più gravi di Alzheimer sono stati indicati da punteggi di stadiazione di Braak più alti, una misura di quanto ampiamente i segni della patologia di Alzheimer si trovano all’interno del cervello.
L’analisi ha rivelato che i cervelli più anziani e cognitivamente sani mostravano quantità simili di proteina amiloide non fibrillare dissolvibile come i cervelli dei malati di Alzheimer. Ma, come si aspettavano i ricercatori, il cervello dei malati di Alzheimer aveva quantità più elevate di fibrille Aβ insolubili, la forma di proteina amiloide che si aggrega per formare le “placche” rivelatrici viste nella malattia, ha detto Max Thorwald, il primo autore dello studio e postdottorato ricercatore presso la USC Leonard Davis School.
I risultati sfidano l’idea che il semplice fatto di avere quantità più elevate di proteina amiloide in generale sia una causa alla base dell’Alzheimer, affermano Finch e Thorwald. Invece, l’aumento dell’Aβ solubile può essere un cambiamento generale correlato all’invecchiamento nel cervello non specifico dell’Alzheimer, mentre livelli più elevati di amiloide fibrillare sembrano essere un indicatore migliore di una cattiva salute del cervello.
Piuttosto che l’Alzheimer che comporta semplicemente un aumento della produzione di proteina Aβ, il problema più importante potrebbe essere una ridotta capacità di eliminare efficacemente la proteina e prevenire la creazione di amiloide fibrillare che contribuisce alla placca, ha detto Thorwald.
“Questi risultati supportano ulteriormente l’uso dell’amiloide aggregato, o fibrillare, come biomarcatore per i trattamenti dell’Alzheimer“, ha detto Thorwald. “Il sito in cui avviene l’elaborazione dell’amiloide ha meno precursori ed enzimi disponibili per l’elaborazione, il che potrebbe suggerire la rimozione dell’amiloide come problema chiave durante l’Alzheimer“.
Gli aumenti dei livelli di amiloide si verificano durante la prima età adulta e differiscono in base alla regione del cervello. Ulteriori studi, compresi quelli che studiano i farmaci per abbattere l’amiloide, dovrebbero incorporare la tomografia a emissione di positroni (PET) sia negli individui sani che nei pazienti con Alzheimer di una vasta gamma di età per determinare come e dove l’elaborazione e la rimozione dell’amiloide cambia nel tempo nel tessuto cerebrale, ha aggiunto.
“La corteccia frontale del cervello ha una maggiore produzione di amiloide rispetto al cervelletto durante il processo di invecchiamento nel cervello umano , che coincide con le patologie correlate all’Alzheimer in tarda età“, ha detto Thorwald. “I progetti futuri dovrebbero esaminare l’amiloide nel corso della vita sia nei pazienti cognitivamente normali che nei pazienti con Alzheimer, sia con la modulazione dell’elaborazione dell’amiloide che con la rimozione dell’amiloide attraverso anticorpi monoclonali attualmente utilizzati negli studi clinici per il trattamento dell’Alzheimer“.
È stato osservato che il trattamento con anticorpi monoclonali lemanecab riduce le placche Aβ negli studi clinici e recentemente ha ricevuto l’approvazione della FDA per il suo potenziale nel rallentare il declino cognitivo nei pazienti con MA, ma i risultati giustificano ulteriori ricerche attente sull’impatto a lungo termine, ha detto Finch.
Imparare di più su come il cervello elabora e rimuove proteine come l’Aβ potrebbe fornire importanti spunti sulla malattia di Alzheimer e sulle sue cause. Finch ha osservato che pochissimi casi di demenza si verificano con placche amiloidi, o masse di proteina Aβ aggregata, come unica patologia presente nel cervello dei pazienti affetti. Invece, la maggior parte dei casi presenta anomalie tissutali più complicate, dall’accumulo di ulteriori tipi di proteine a piccole emorragie nel cervello: “Il cervello che invecchia è una giungla”.
Secondo l’EpiCentro ISS: “In Europa si stima che la demenza di Alzheimer (DA) rappresenti il 54% di tutte le demenze con una prevalenza nella popolazione ultrasessantacinquenne del 4,4%. La prevalenza di questa patologia aumenta con l’età e risulta maggiore nelle donne, che presentano valori che vanno dallo 0,7% per la classe d’età 65-69 anni al 23,6% per le ultranovantenni, rispetto agli uomini i cui valori variano rispettivamente dallo 0,6% al 17,6%.
I tassi d’incidenza per DA, osservati in Europa, indicano un incremento nei maschi da 0,9 casi per 1.000 anni-persona nella fascia d’età compresa tra i 65 e i 69 anni a 20 casi in quella con età maggiore di 90 anni; nelle donne, invece, l’incremento varia da 2,2 nella classe d’età compresa tra i 65 e i 69 anni a 69,7 casi per 1.000 anni-persona in quella >90 anni.
In Italia, a partire dal 1987, sono stati condotti alcuni studi di popolazione per stimare la prevalenza e l’incidenza della DA (1-7). I quindici comuni coinvolti nell’insieme di queste indagini epidemiologiche sono localizzati per il 47% al Centro, il 33% al Nord e il 20% al Sud. Sulla base dei risultati di questi studi si è cercato di stimare la prevalenza e l’incidenza della DA nella popolazione italiana“.
Lo studio, “Il futuro dell’amiloide nella patologia in espansione dell’invecchiamento cerebrale e della demenza”, è apparso online il 19 dicembre 2022 sulla rivista Alzheimer’s and Dementia . Insieme a Finch e Thorwald, i coautori includono Justine Silva ed Elizabeth Head dell’Università della California, Irvine.
