סימנים עדינים של מחלת אלצהיימר יכולה להופיע עשרות שנים לפני האבחנה – לעתים קרובות בצורה של התנהגויות לא סדירות המשקפות שלבים מוקדמים מאוד של תפקוד מוחי.
אבל עד עכשיו, זיהוי ומדידה של שינויים התנהגותיים קלים אלה בדרך מדעית לא היה אפשרי, אפילו לא כאשר חקר אלצהיימר בעכברים.
במחקר שפורסם ב דוחות תאים, צוות מדענים במכוני גלדסטון השתמש בכלי חדש ללימוד מכונה מבוסס וידאו כדי לאתר סימנים שאינם ניתנים לזיהוי של מחלה מוקדמת בעכברים שהונדסו כדי לחקות היבטים מרכזיים של אלצהיימר. עבודתם שופכת אור על אסטרטגיה חדשה לזיהוי מחלה נוירולוגית מוקדם מהאפשרי כיום ומעקב אחר אופן התפתחותה לאורך זמן.
הראינו את הפוטנציאל של למידת מכונה לחולל מהפכה באופן שבו אנו מנתחים התנהגויות המעידות על חריגות מוקדמות בתפקוד המוח. מינפנו כלי רב ערך שפותח את הדלת להבנה מלאה יותר של הפרעות מוח הרסניות וכיצד הן מתחילות".
חורחה פאלופ, דוקטורט, מחבר בכיר של המחקר, חוקר גלדסטון
המדענים השתמשו בפלטפורמת למידת מכונה בשם VAME, קיצור של "Variational Animal Motion Embedding", כדי לנתח קטעי וידאו של עכברים החוקרים זירה פתוחה. כלי הקוד הפתוח זיהה דפוסי התנהגות עדינים שנלכדו במצלמה; שינויים שאולי לא ניתן להבחין בהם רק בהסתכלות על העכברים.
מעקב אחר התנהגות לא מאורגנת
פלטפורמת הלמידה העמוקה של VAME אינה דומה למבחני התנהגות קונבנציונליים בעכברים, שלעתים קרובות מתרכזים סביב משימות מוקדמות שבעלי החיים מאותגרים לבצע.
בין המגבלות של הבדיקות הללו, הן אינן יכולות לתפוס את כל מגוון השינויים ההתנהגותיים הספונטניים הנגרמים על ידי מחלה; במיוחד בשלבים מוקדמים, מסבירה סטפני מילר, PhD, מדענית צוות ב- Gladstone והמחברת הראשונה של המחקר. הם גם חסרים יכולת מדרגיות ולעיתים קרובות מסתמכים על שיטות עתירות עבודה.
עבור מחקר Gladstone באמצעות VAME, הצוות העריך שני סוגים של עכברים המדמים היבטים שונים של אלצהיימר. בשני המודלים, כלי למידת המכונה זיהה רמה מוגברת משמעותית של "התנהגות לא מאורגנת" עם הזדקנות העכברים. לדוגמה, העכברים הפגינו דפוסי התנהגות יוצאי דופן ועברו לעתים קרובות יותר בין פעילויות שונות – גורמים שעלולים להיות קשורים לליקוי זיכרון וקשב.
"גישות דומות של למידת מכונה יכולות לשמש יום אחד כדי לחקור התנהגויות ספונטניות בבני אדם, שעלולות לספק אבחון מוקדם של מחלות נוירולוגיות", אומר מילר, ומציין שווידאו באיכות סמארטפון מספיקה לניתוח VAME. "אני רואה בעיני רוחי שהטכנולוגיה הזו תשמש להערכת מטופלים במרפאה ואפילו בבתיהם. היא נותנת למדענים ולרופאים דרך לפתור את הבעיה הקשה מאוד של אבחון שלבים פרה-קליניים של המחלה".
מילר החל להתנסות ב-VAME לפני מספר שנים כשהטכנולוגיה עדיין הייתה בחיתוליה. היא ופאלופ שיתפו פעולה עם הצוות של סטפן רמי, MD, בגרמניה, שפיתח בתחילה את הפלטפורמה. יחד, הם עזרו להדגים את התועלת של VAME למחקר מדעי המוח במחקר שפורסם ב ביולוגיה של תקשורת.
הערכת טיפול פוטנציאלי
הוסיפו מימד נוסף למחקר החדש שלהם, צוות Gladstone השתמש ב-VAME כדי ללמוד האם התערבות טיפולית אפשרית לאלצהיימר תמנע את ההתנהגות הלא מאורגנת בעכברים.
המדענים מינפו מחקר קודם של חוקרת גלדסטון קתרינה אקסוגלו, PhD, שגילתה שחלבון קרישת דם בשם פיברין יוצר מפל של השפעות רעילות כאשר הוא דולף למוח דרך כלי דם פגומים. על ידי חסימת ההשפעות הרעילות של פיברין, המעבדה של אקסוגלו הצליחה למנוע את הניוון העצבי שמוביל לירידה קוגניטיבית ולהגן מפני אלצהיימר בבעלי חיים.
כדי לגלות אם האסטרטגיה הטיפולית הזו יכולה להגן על עכברים מפני התנהגויות הקשורות לאלצהיימר, הצוות חסם גנטית את הפיברין מלעורר דלקת רעילה במוח. התערבות זו הפחיתה התפתחות של התנהגויות חריגות בעכברי האלצהיימר.
"זה היה מעודד מאוד לראות שחסימת הפעילות הדלקתית של פיברין במוח הפחיתה כמעט את כל השינויים ההתנהגותיים הספונטניים בעכברי אלצהיימר, ואישרה שוב שהפיברין והדלקת העצבית המתהווה הם גורמי מפתח למחלה", אומר אקאסוגלו, גם מחבר הספר. לִלמוֹד. "למידה מכונה יכולה להציע דרך חסרת פניות להעריך טיפולים פוטנציאליים במעבדה – ואני מאמין שהיא עשויה להפוך בסופו של דבר גם לכלי קליני שלא יסולא בפז."
פאלופ ומילר עובדים כעת עם צוותים אחרים של גלדסטון שחוקרים מחלות נוירולוגיות כדי לעזור להם להשתמש בטכנולוגיית VAME למחקרים התנהגותיים חדשים.
"המטרה שלי היא להפוך את הכלי הזה וגישות דומות לנגישות יותר לביולוגים ולרופאים כדי לקצר את הזמן שלוקח לפתח תרופות חדשות חזקות", אומר מילר.
