El cerebro envejece de cinco maneras diferentes

Un estudio con escáneres cerebrales sugiere que podrían desarrollarse métodos para detectar las primeras etapas de las enfermedades neurodegenerativas.

Un análisis de casi 50.000 escáneres cerebrales ha revelado cinco patrones distintos de atrofia cerebral asociados con el envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas. El análisis también ha vinculado los patrones a factores de estilo de vida como el tabaquismo y el consumo de alcohol, así como a marcadores genéticos y sanguíneos asociados con el estado de salud y el riesgo de enfermedad.

El trabajo es un “tour de force metodológico” que podría hacer avanzar enormemente la comprensión de los investigadores sobre el envejecimiento, dice Andrei Irimia, gerontólogo de la Universidad del Sur de California en Los Ángeles, que no participó en el trabajo. “Antes de este estudio, sabíamos que la anatomía cerebral cambia con el envejecimiento y la enfermedad. Pero nuestra capacidad para comprender esta compleja interacción era mucho más modesta”.

El estudio fue publicado el 15 de agosto en Nature Medicine.

Arrugas en el cerebro

El envejecimiento no sólo puede provocar la aparición de canas, sino también cambios en la anatomía cerebral que son visibles en las imágenes por resonancia magnética (IRM), en las que algunas zonas se marchitan o sufren alteraciones estructurales con el paso del tiempo. Pero estas transformaciones son sutiles. “El ojo humano no es capaz de percibir patrones de cambios sistemáticos en el cerebro” asociados a este declive, afirma Christos Davatzikos, especialista en imágenes biomédicas de la Universidad de Pensilvania en Filadelfia y uno de los autores del artículo.

Estudios anteriores han demostrado que los métodos de aprendizaje automático pueden extraer las sutiles huellas del envejecimiento de los datos de resonancia magnética. Pero estos estudios a menudo tenían un alcance limitado y la mayoría incluía datos de un número relativamente pequeño de personas.

Para identificar patrones más amplios, el equipo de Davatzikos se embarcó en un estudio que tardó aproximadamente ocho años en completarse y publicarse. Utilizaron un método de aprendizaje profundo llamado Surreal-GAN que fue desarrollado por el primer autor Zhijian Yang mientras era estudiante de posgrado en el laboratorio de Davatzikos. Los científicos entrenaron el algoritmo con resonancias magnéticas cerebrales de 1.150 personas sanas de entre 20 y 49 años y 8.992 adultos mayores, incluidos muchos que experimentaban un deterioro cognitivo. Esto enseñó al algoritmo a reconocer características recurrentes de los cerebros envejecidos, lo que le permitió crear un modelo interno de estructuras anatómicas que tienden a cambiar al mismo tiempo frente a las que tienden a cambiar de forma independiente.

Los investigadores aplicaron el modelo resultante a imágenes por resonancia magnética de casi 50.000 personas que participaban en varios estudios sobre el envejecimiento y la salud neurológica. Este análisis arrojó cinco patrones discretos de atrofia cerebral. Los científicos relacionaron varios tipos de degeneración cerebral relacionada con la edad con combinaciones de los cinco patrones, aunque hubo cierta variabilidad entre individuos con la misma afección.

Patrones de envejecimiento

Por ejemplo, la demencia y su precursor, el deterioro cognitivo leve , tenían vínculos con tres de los cinco patrones. Curiosamente, los investigadores también encontraron evidencia de que los patrones que identificaron podrían usarse potencialmente para revelar la probabilidad de una mayor degeneración cerebral en el futuro. «Si quieres predecir la progresión desde un estado cognitivamente normal hasta un deterioro cognitivo leve, un [patrón] fue el más predictivo con diferencia», dice Davatzikos. «En etapas posteriores, la adición de un segundo [patrón] enriquece tu predicción, lo que tiene sentido porque esto de alguna manera captura la propagación de la patología». Otros patrones estaban vinculados a afecciones como la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer , y una combinación de tres patrones fue altamente predictiva de la mortalidad.

Los autores encontraron asociaciones claras entre ciertos patrones de atrofia cerebral y diversos factores fisiológicos y ambientales, como el consumo de alcohol y el tabaquismo, así como diversas características bioquímicas y genéticas asociadas a la salud. Davatzikos afirma que estos resultados probablemente reflejan el efecto del bienestar físico general sobre la salud neurológica, porque el daño a otros sistemas orgánicos puede tener consecuencias para el cerebro.

Davatzikos advierte, sin embargo, que el estudio “no significa que todo pueda resumirse a cinco números”, y su equipo busca trabajar con conjuntos de datos que incluyan una gama más amplia de condiciones neurológicas y tengan una mayor diversidad racial y étnica.

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