Учёные впервые составили геномную карту мозолистого тела — ключевой структуры мозга, обеспечивающей мгновенное взаимодействие между полушариями и интеграцию сигналов в единую функциональную сеть. В исследовании обнаружены десятки генов, влияющих на объём и толщину этой области, причём значительная часть из них активируется ещё в пренатальный период, когда закладываются основные нейронные пути.
Основные сведения
- Генетический архитектор: уникальные паттерны ДНК, формирующие форму и размер мозолистого тела — «моста» между правым и левым полушариями.
- Искусственный интеллект: анализ 50 000 МРТ-сканов при помощи AI позволил за рекордное время создать детальную карту структуры.
- Связь с психическим здоровьем: обнаружены генетические корреляции мозолистого тела с корой головного мозга, а также риском развития СДВГ и биполярного расстройства.
Генетика и роль мозолистого тела
Генетические особенности мозолистого тела объясняют, почему его состояние ассоциируется с психическими и неврологическими нарушениями. Открытый AI-инструмент позволяет исследователям по всему миру оперативно и точно анализировать данные МРТ.
Группа учёных из Института нейровизуализации и информатики имени Марка и Мэри Стивенс (Stevens INI) при Медицинской школе Кека (Университет Южной Калифорнии) впервые опубликовала генетическую карту этой структуры в Nature Communications (Nature Communications). Мозолистое тело представляет собой пучок нервных волокон, соединяющий оба полушария.
Результаты открывают новые возможности для исследования механизмов психических заболеваний и неврологических расстройств, связанных с нарушениями в этой области.
Функции мозолистого тела
Мозолистое тело отвечает за координацию движений, интеграцию зрительных и слуховых сигналов, а также за когнитивные процессы, лежащие в основе мышления и принятия решений.
Изменения формы и размеров этой структуры коррелируют с такими состояниями, как СДВГ, биполярное расстройство и болезнь Паркинсона. До сих пор генетические основы этих связей оставались малоизученными.
Новое исследование основывается на анализе МРТ-сканов и геномных данных более 50 000 человек, наблюдавшихся от детства до зрелого возраста. Специальный AI-инструмент сократил обработку данных с месяцев до нескольких часов.
Мнения авторов исследования
«Мы создали AI-решение, которое автоматически идентифицирует мозолистое тело на различных типах МРТ и измеряет его ключевые параметры», — отмечают учёные.
«С его помощью мы обнаружили десятки генов, влияющих на объём и толщину мозолистого тела и его субрегионов».
«Эти данные формируют генетическую «схему» критического канала связи между полушариями, раскрывая молекулярные механизмы психических и неврологических расстройств».
«Наша работа демонстрирует потенциал объединения AI и больших данных для выявления генов, определяющих развитие мозга. Это важный шаг к пониманию биологических основ психических заболеваний».
Наследственность и пластичность
Учёные выяснили, что площадь и толщина мозолистого тела регулируются разными наборами генов, многие из которых активны во время внутриутробного развития, когда формируются основные нейронные связи.
Особое внимание уделено генам, управляющим делением клеток, апоптозом и ростом нервных волокон между полушариями.
Отмечена генетическая связь мозолистого тела с корой головного мозга — зоной, отвечающей за память, внимание и речь, что проливает свет на механизмы таких состояний, как СДВГ и биполярное расстройство.
Технология и доступность
Разработчики выложили AI-инструмент в открытый доступ, чтобы ускорить дальнейшие открытия. ПО Stevens INI использует современные алгоритмы машинного обучения для автоматического определения и измерения мозолистого тела по МРТ-данным, превращая месяцы работы в часы.
Институт Стивенса стал мировым лидером в применении AI в нейробиологии, предоставляя исследовательскому сообществу свободный доступ к своим наработкам. Слияние больших данных и вычислительных мощностей меняет подход к изучению здоровья мозга и патологии.
«Искусственный интеллект совершает революцию в нейронауке, и Институт Стивенса находится в авангарде этих изменений. Предоставляя инновационные AI-инструменты сообществу, мы даём исследователям по всему миру возможность делать новые открытия быстрее, чем когда-либо».
Авторы исследования
Появление масштабных баз данных и нейросетей позволяет исследовать не отдельные молекулы или гены, а сложные системы взаимосвязей. Чёткая корреляция между генетикой, структурой мозга и поведенческими паттернами открывает путь к новым теоретическим моделям и практическим рекомендациям.
Научная работа становится всё более многопараметрической, но благодаря этому прогресс ускоряется: учёные могут учитывать тысячи факторов и добиваться устойчивых результатов.
Больше материалов о передовых исследованиях на стыке технологий и биологии — в сообществе Neural Hack, где технологическая сингулярность уже видна на горизонте.
