Età cerebrale: l’intelligenza artificiale può indentificarla

Chi in possesso del Nintendo DS non ha mai giocato a Brain Training del dr. Kawashima per capire quale fosse la propria età cerebrale? Ma ora si sono fatti passi da giganti al riguardo e grazie all’intelligenza artificiale (AI), che permette di analizzare le scansioni cerebrali a risonanza magnetica, si potrebbe individuare il declino cognitivo legato a malattie neurodegenerative come l’Alzheimer. Si analizza di seguito l’anatomia del cervello, la malattia dell’Alzheimer e lo studio sviluppato dai ricercatori dell’USC.

L’anatomia del cervello

Il sistema nervoso è composto da un insieme di organi che permettono la trasmissione di segnali nervosi per coordinare i movimenti sia volontari che involontari del corpo umano. Il sistema nervoso è suddiviso in sistema nervoso centrale e sistema nervoso periferico. Al sistema nervoso centrale fanno riferimento il cervello ed il midollo spinale, le cellule che lo compongono prendono il nome di neuroni, con altre cellule di supporto chiamate glia. Il sistema nervoso periferico si può suddividere in sistema nervoso autonomo e somatico: il primo sistema si articola in sistema nervoso simpatico, parasimpatico ed enterico. Il sistema nervoso periferico ha il compito di raccogliere i segnali provenienti dall’esterno come quelli che provengono dalla pelle, dai muscoli e dagli organi di senso e li trasmette al sistema nervoso centrale.

Il cervello, facente parte del sistema nervoso centrale, è racchiuso in una scatola cranica, ha un peso di 1.300-1.500 grammi composto da un tessuto gelatinoso fatto di neuroni. Esso è suddiviso in due emisferi, sinistro e destro, uniti insieme dal corpo calloso. Ogni emisfero a sua volta è articolato in lobi, i quali sono frontale, parietale, occipitale e temporale. In ogni emisfero, il cervello è articolato in uno strato superficiale cioè la corteccia cerebrale composta dalla sostanza grigia, ed una più profonda detta componente sottocorticale formata dalla sostanza bianca. La sostanza grigia gestisce le funzione del sistema nervoso centrale ed ha un’elevata concentrazione di corpi di neuroni, la materia bianca ha un’alta quantità di fibre nervose mieliniche. Le membrane che rivestono il cervello sono le meningi le quali compongono un triplo strato protettivo.

Quali sono i compiti del cervello?

Il cervello svolge numerose e differenti funzioni essenziali per l’organismo. Tra i vari compiti che svolge ci sono il controllo dei pensieri, della memoria, dei movimenti volontari e degli organi involontari ad esempio regolando il respiro ed il battito cardiaco, inoltre, gestisce i cinque sensi (udito, olfatto, vista, tatto e gusto). Essendo suddiviso in due emisferi, ognuno di essi svolge uno specifico compito: l’emisfero sinistro risponde delle funzioni associate al linguaggio ed è la parte logica del cervello invece la metà destra del cervello si occupa dell’interpretazione delle informazioni visive e della visione spaziale, considerata anche la parte più creativa.

L’Alzheimer

L’Alzheimer rientra tra le malattie neurodegenerative e porta ad una perdita irreversibile delle cellule della corteccia cerebrale e si manifesta in un perdita progressiva della funzione mentale. I disturbi iniziano con il dimenticare eventi recenti, seguiti da confusione ed alterazione delle funzioni cognitive come la difficoltà nella comprensione del linguaggio o nello svolgere azioni quotidiane. A questa prima fase seguono una serie di modifiche della personalità, negando la malattia stessa, portando il paziente alla perdita di autonomia anche nel vestirsi o difficoltà nel compiere gesti giornalieri.

Le cause dell’insorgere della malattia non sono note, ma secondo gli studi il 5-15% dei casi ha ereditato il fattore scatenante della malattia come un gene anomalo. Un’alterazione genetica riguarda l’apolipoproteina E, la componente proteica di alcune lipoproteine che sono responsabili del trasporto del colesterolo in circolo. Vi sono differenti apolipoproteine E sono:

• Epsilon-4: tale tipologia di apolipoproteina è quella che manifesta la malattia più frequentemente e in maniera precoce.
• Epsilon-2: i pazienti che hanno questa apolipoproteina sembrano immuni all’Alzheimer.
• Epsilon-3: in questo caso sembra che le persone non siano né protetti e né manifestano la malattia.

La malattia ha dei fattori di rischio come la pressione arteriosa elevata, il diabete, alti livelli di colesterolo ed il fumo.

L’intelligenza artificiale aiuta a conoscere l’età cerebrale

Lo studio condotto dai ricercatori dell’USC ha identificato un nuovo modello di intelligenza artificiale con il quale si analizzano le scansioni cerebrali a risonanza magnetica che potrebbe individuare il declino cognitivo legato alle malattie neurovegetative come l’Alzheimer. Adoperando il Deep Learning del nuovo modello progettato dai ricercatori dell’Università della Southern California è possibile individuare i marcatori dell’anatomia cerebrale che sono difficili da trovare.

Lo studio si pone l’obiettivo di determinare le zone del cervello che stanno invecchiando in modo tale da comprendere se il paziente in analisi ha più probabilità di manifestare l’Alzheimer. La ricerca è iniziata con l’acquisire le risonanze magnetiche cerebrali di 4681 pazienti che non avessero patologie cerebrali, alcuni hanno poi in seguito manifestato le malattie neurovegetative. In seguito hanno costruito una rete neurale per prevedere l’età dei pazienti, producendo mappe anatomiche dettagliate del cervello.

Confrontando, in seguito l’età cerebrale percepita con quella reale, maggiore è la differenza tra i due più i pazienti hanno la probabilità di manifestare l’Alzheimer. Il modello rivela che il sesso influenza anche il modo in cui si manifesta l’invecchiamento cerebrale nelle varie regioni, mettendo in evidenza come alcune zone del cervello invecchiano più velocemente negli uomini e meno nelle donne. Nello specifico è emerso che i maschi hanno una predisposizione ad un invecchiamento più rapido nella corteccia motoria, inoltre le donne hanno un decadimento più tardivo nell’emisfero destro rispetto a quello sinistro.

A cosa serve conoscere l’età cerebrale?

Come dichiara Andrei Irimia, professore di gerontologia, ingegneria biomedica, biologia quantitativa e computazionale e neuroscienze, la conoscenza dell’età cerebrale può aprire infiniti scenari come programmare interventi su misura oppure conoscere il tasso di invecchiamento cerebrale. Identificando l’età cerebrale perciò si potrebbe migliorare lo stile di vita e si potrebbe procedere ad una terapia personalizzata in modo tale da portare benefici al diretto interessato.