Нурлан Каримов 
Пока человек спит, его мозг не прекращает активную деятельность, генерируя слабые электрические сигналы, распространяющиеся по нейронным сетям. Долгое время ученые предполагали, что эти паттерны могут нести информацию о состоянии здоровья, однако новейшее исследование показывает, что они также способны предсказать риск угасания памяти в будущем.
Исследователи из Mass General Brigham разработали инструмент на основе искусственного интеллекта, способный анализировать эти электрические сигналы, известные как мозговые волны. Используя метод электроэнцефалографии, или ЭЭГ, который регистрирует активность мозга с помощью датчиков, размещаемых на коже головы во время сна, ученые добились значительных результатов. Опубликованные в ведущем научном журнале данные свидетельствуют, что ИИ может выявлять ранние признаки потери памяти за годы до появления первых симптомов.
Это открытие может кардинально изменить подходы к борьбе с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера. Ранняя диагностика предоставляет врачам и пациентам драгоценное время, позволяя с помощью коррекции образа жизни и своевременной медицинской помощи замедлить или даже предотвратить дальнейшее ухудшение когнитивных функций.
Исследование было сосредоточено на данных, полученных от женщин старше 65 лет, которые ранее участвовали в другом проекте по изучению сна и здоровья и на тот момент не имели когнитивных нарушений. В рамках того первоначального исследования они провели ночь с подключенным аппаратом ЭЭГ, который фиксировал активность их мозга во сне. Участницы также прошли серию тестов для оценки умственных способностей.
Спустя пять лет эти женщины повторно прошли те же тесты. К этому времени у 96 из 281 участницы развились заметные проблемы с памятью и мышлением, то есть когнитивные нарушения. Ученые, применив передовые инструменты, включая ИИ и методы теории информации, ретроспективно проанализировали данные мозговых волн, записанные во время первых сеансов сна. Они обнаружили, что у женщин, у которых впоследствии проявились признаки проблем с памятью, наблюдались едва уловимые отличия в мозговых волнах, особенно в так называемых гамма-волнах, активных во время глубокого сна.
Шахаб Хагайег, один из ученых, руководивших исследованием, говорит, что мозг подает едва заметные сигналы о надвигающихся проблемах задолго до появления каких-либо симптомов. Он добавляет, что благодаря продвинутому анализу и возможностям ИИ эти сигналы удается обнаружить в записях ЭЭГ, сделанных всего за одну ночь сна. Разработанный ИИ-инструмент правильно предсказал, у кого разовьются проблемы с памятью, примерно в 85% случаев, а его общая точность составила 77%. Это весьма убедительный результат для теста, проведенного до появления каких-либо клинических признаков заболевания.
Проблемы с памятью обычно не возникают внезапно. В большинстве случаев изменения в мозге начинаются за годы до того, как человек замечает какие-либо нарушения. Врачи называют этот период «доклинической» фазой когнитивного снижения, и именно на этом этапе лечение может принести наибольшую пользу. Существующие сегодня методы терапии таких состояний, как болезнь Альцгеймера, наиболее эффективны на ранних стадиях. Доктор Кун Ху, другой ведущий исследователь проекта, отмечает, что новые, одобренные FDA методы лечения болезни Альцгеймера показывают свою действенность на начальных этапах деменции, но не на более продвинутых. Он также предполагает, что вмешательства, проводимые еще раньше – до манифестации признаков когнитивного упадка – вероятно, окажутся еще более результативными. Таким образом, выявление предупреждающих знаков на самой ранней стадии приобретает критическое значение.
Подобное тестирование могло бы предоставить людям больше времени для принятия мер. Они могли бы скорректировать диету, увеличить физическую активность или улучшить гигиену сна – изменения образа жизни, связанные с улучшением здоровья мозга. Врачи также получили бы возможность начинать лечение раньше, что повысило бы шансы на успех. Особенную привлекательность этому открытию придает тот факт, что оно основано на очень простом тесте. Процедура ЭЭГ безболезненна, безопасна и уже широко используется в медицинских учреждениях по всему миру. Исследователи полагают, что такой вид сканирования мозга может стать частью регулярных медицинских осмотров, особенно для пожилых людей.
Тест использовал данные всего одной ночи сна, но команда ученых считает, что будущие исследования могут дать еще больше. Доктор Ху высказывает мнение, что данные ЭЭГ, собранные за несколько ночей сна, могут обладать еще большей предсказательной силой в отношении будущего когнитивного снижения. Идея заключается в том, что чем больше информации получает ИИ-инструмент, тем лучше он распознает закономерности, подобно тому, как фотоальбом дает более полную картину, чем один снимок. Ученые надеются, что в будущем люди смогут использовать специальные ЭЭГ-обручи дома во время сна. Эти устройства могли бы незаметно собирать данные о мозговых волнах в течение нескольких ночей без необходимости посещения больницы, что сделало бы раннее тестирование гораздо проще и доступнее.
Данное исследование также открывает путь к еще одной смелой идее: что если можно будет изменять эти паттерны мозговых волн еще до начала проблем с памятью? Хагайег и Ху уже планируют клиническое испытание для проверки этой гипотезы. Они намерены выяснить, может ли подача слабого электрического импульса в мозг во время сна скорректировать те волновые паттерны, которые идентифицировал ИИ-инструмент. Если это сработает, такой подход потенциально мог бы замедлить или даже предотвратить когнитивное снижение. Хагайег заявляет, что их работа не ограничивается прогнозированием; они задаются вопросом, могут ли они изменить будущее.
Тем не менее, текущие результаты имеют некоторые ограничения. Исследование проводилось только с участием пожилых женщин, и использовались данные ЭЭГ за одну ночь. Ученые признают необходимость протестировать свой инструмент на более разнообразных группах, включая мужчин и людей более молодого возраста, для подтверждения полученных результатов. Они также хотят выяснить, проявляются ли те же изменения в активности гамма-волн у других людей, у которых развиваются проблемы с памятью. Это помогло бы доказать, что обнаруженные ими сигналы мозговых волн действительно связаны с будущим когнитивным снижением.
Несмотря на это, даже предварительные результаты знаменуют собой крупный шаг вперед. Хагайег подчеркивает, что особая значимость этого исследования заключается в возможности выявлять группы риска с помощью простой ночной записи ЭЭГ, что может коренным образом изменить подходы к профилактике деменции. Наука давно ищет более совершенные способы понять, как стареет мозг. МРТ-сканирование может показать повреждения уже после того, как они произошли, а анализы крови могут дать подсказки о маркерах заболеваний. Однако до сих пор немногие инструменты могли выявить тихие, ранние признаки упадка, когда мозг еще кажется здоровым. Этот ИИ-инструмент для анализа ЭЭГ может стать решением. Он предоставляет врачам возможность увидеть, как функционирует мозг в режиме реального времени – и в естественном состоянии сна. Этот метод неинвазивен, прост в использовании и может дать людям то преимущество во времени, которое необходимо для сохранения остроты ума на долгие годы.
