醫(yī)療影像MRI 解讀大腦功能和疾病信息

一些疾病，如精神分裂癥可能起源于特定的大腦區(qū)域，然后影響與之相連的其他區(qū)域。確定這些大腦病變區(qū)域，以及它們?nèi)绾斡绊懴噙B的其他區(qū)域，將有助于制藥公司開發(fā)更好的治療手段，并可能最終幫助醫(yī)生作出診斷。但是，通過解讀腦部掃描所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)來識(shí)別關(guān)聯(lián)的區(qū)域，目前還無法實(shí)現(xiàn)。

探索大腦和思想——解讀大腦功能與疾病和健康相關(guān)信息

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)開發(fā)了一種算法，可以從醫(yī)學(xué)圖像信息進(jìn)行分析，以確定病變區(qū)域及其與其他大腦區(qū)域的連接方式。

麻省理工學(xué)院的研究人員將于下個(gè)月在法國(guó)尼斯舉行的醫(yī)學(xué)影像計(jì)算與計(jì)算機(jī)輔助干預(yù)大會(huì)上報(bào)告他們的研究成果。

計(jì)算機(jī)科學(xué)副教授Polina和研究生Archana使用該算法從兩種不同類型的磁共振成像(MRI)掃描中提取信息。第一種是所謂的擴(kuò)散磁共振造影，即水分子沿大腦中的白質(zhì)纖維擴(kuò)散，可以觀察到一個(gè)區(qū)域是如何緊密地連接到另一個(gè)不同區(qū)域。第二，被稱為功能性磁共振成像，即探測(cè)不同部位的大腦區(qū)域，當(dāng)他們被激活并執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)大腦的兩個(gè)區(qū)域同時(shí)活動(dòng)，進(jìn)而證明他們是相互聯(lián)系的。這兩種掃描分別會(huì)在大腦連接網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，Golland說。 “一個(gè)人將所有的大腦數(shù)據(jù)整合到一個(gè)模型是一件非常困難的事情，因?yàn)槲覀儾簧瞄L(zhǎng)處理大量的數(shù)據(jù)。”

因此，該算法首先比較特定疾病患者與健康人??的大腦掃描的數(shù)據(jù)，識(shí)別大腦不同區(qū)域連接的差異，他們發(fā)現(xiàn)兩組大腦不同區(qū)域連接的中斷是因?yàn)榧膊≡斐傻摹?/p>

但是，僅此步驟是不夠的，因?yàn)閾?jù)我們了解，大腦要做什么只與特定區(qū)域相關(guān)，而不是區(qū)域之間的連接方式，因此使用現(xiàn)有的醫(yī)療知識(shí)難以整合這些信息。

讓大腦保持年輕——銳化你的記憶

接著他們用該算法分析大腦連接網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建一個(gè)大腦受疾病影響最嚴(yán)重區(qū)域的"地圖"。 “正是基于這樣的假設(shè)，任何疾病都會(huì)映射到大腦區(qū)域的一個(gè)小型子集，并由于聯(lián)系方式的改變進(jìn)一步影響到連接區(qū)域，”Golland說。 “因此，采用我們的方法從病變區(qū)域提取出來的數(shù)據(jù)，可以解釋我們看到的連接中斷。”

假設(shè)，在整個(gè)大腦各個(gè)獨(dú)立區(qū)域連接"地圖"基礎(chǔ)上，如果一個(gè)特定的區(qū)域受到影響，我們就可以看到信號(hào)中斷。同理，當(dāng)算法檢測(cè)到在特定的掃描中出現(xiàn)任何連接中斷時(shí)，我們就知道哪個(gè)區(qū)域已經(jīng)受到的疾病的影響。 “這基本上可以找到最能解釋觀測(cè)到的正常對(duì)照組掃描和患者掃描之間，聯(lián)系方式發(fā)生變化的病變區(qū)域子集，”Golland說。

該小組使用這一算法來比較健康人與精神分裂癥患者的腦部掃描，并確定腦的右后扣帶回和左右兩側(cè)顳上回這三個(gè)區(qū)域受到疾病的影響最嚴(yán)重。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，這可以幫助制藥公司開發(fā)更有效的治療手段，特別針對(duì)這些大腦病變區(qū)域，Golland說。于此同時(shí)，找出大腦受到特定疾病影響的不同部位,可以幫助醫(yī)生做出一些判斷，例如疾病如何發(fā)展，以及為什么它會(huì)產(chǎn)生某些癥狀。

最終，該方法可以幫助醫(yī)生診斷病人的不同癥狀可能代表產(chǎn)生了哪些障礙，Golland說。她說，通過分析病人的腦部掃描結(jié)果，找出受到影響的區(qū)域，就可以識(shí)別哪些疾病會(huì)造成這個(gè)特定的連接中斷。

除了研究精神分裂癥，課題研究人員哈佛醫(yī)學(xué)院的精神病學(xué)和神經(jīng)影像學(xué)實(shí)驗(yàn)室副主任 Kubicki 也正在探討使用該方法方法來研究亨廷頓氏病的可能性。

美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥臨床神經(jīng)科學(xué)中心副主任Brown沒有參與該研究，他準(zhǔn)備使用功能磁共振成像研究艾滋病和毒品成癮的影響。 “我們將使用該方法來獲得一個(gè)更清晰的艾滋病病毒感染者和甲基苯丙胺依賴患者的病變腦圖，”他說。

他認(rèn)為該方法是非常重要的途徑，從局部向一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)角度對(duì)大腦集合進(jìn)行研究。他認(rèn)為這應(yīng)該有助于研究精神分裂癥、神經(jīng)認(rèn)知功能損害和與艾滋病有關(guān)的癡呆、多發(fā)性硬化癥等等以大腦神經(jīng)系統(tǒng)損害為特征疾病的研究。