Посчитать мысли: программа диагностирует шизофрению с точностью 85%
Ученые Курчатовского института создали программу, которая анализирует данные МРТ мозга и диагностирует по ним шизофрению с точностью 85%. Кроме практической помощи врачам разработка позволит лучше понять причины заболевания. ПО обрабатывает информацию о состоянии более 100 зон головного мозга. Ученым удалось выделить восемь участков, изменения в которых в подавляющем большинстве случаев говорят о шизофренической патологии. В планах специалистов — достичь еще большей точности диагностики и разработать методики контроля эффективности лечения.
Зонирование мозга
Ученые Курчатовского института разработали программу-классификатор, которая способна с точностью 85% диагностировать шизофрению по МРТ мозга пациента. Программу планируется использовать в медицинской практике, а кроме того, для дальнейших исследований болезни — ведь причины ее возникновения по-прежнему до конца неизвестны. Работа ведется совместно со специалистами Психиатрической клинической больницы № 1 им. Н.А. Алексеева.
С помощью классификатора ученые смогли выделить в мозге восемь регионов, изменения в функционировании которых в подавляющем большинстве случаев говорят о психическом отклонении. Всего же программа анализирует работу более сотни зон головного мозга.
— Наш проект приближает нас к пониманию изменений, происходящих в мозге при шизофрении. Он способствует выявлению нейрофизиологических факторов, приводящих к развитию заболевания, помогает выявить людей, нуждающихся в специализированной медицинской помощи, — рассказал научный сотрудник Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Сергей Карташов. — Программа поможет в случаях, когда врачи-психиатры испытывают трудности с точной постановкой диагноза, а также в ситуациях, когда обращение к специалисту невозможно.
Классификатор основан на методе опорных векторов и работает на данных функциональной МРТ, отображающих базовую активность мозга в состоянии покоя. Нервные импульсы объединяют в себе химические и электрические процессы. Томография позволяет оценивать изменения кровотока, по которым можно судить об электрической активности групп нейронов в конкретных участках мозга.
При разработке программы использовались данные функциональной МРТ 64 испытуемых (32 здоровых и 32 — с подтвержденным диагнозом шизофрения). Алгоритм определил набор характерных признаков, по которым данные МРТ разделяются на два класса, соответствующих категориям «здоровые» и «больные». После завершения обучения программе неоднократно предлагались наборы данных различных испытуемых, которых нужно было разделить на здоровых и больных. И эта задача успешно решалась.
На следующем этапе развития методики ученые планируют использовать нейросетевой подход. Также разработчики намерены увеличивать число пациентов, данные которых используются для обучения программы. Кроме того, в анализ предполагается включить дополнительные параметры: результаты не только функциональной, но и структурной МРТ, данные иммунологических исследований крови или слюны. Всё это должно значительно повысить точность постановки программой диагноза.
Ранняя диагностика
В своем исследовании ученые использовали данные, полученные на аппарате МРТ с величиной индукции магнитного поля в 3 Тесла — этот параметр соответствует современным клиническим томографам. В перспективе для использования разработки в медицинской практике врачам будет достаточно установить программу на свой компьютер либо отправить томограммы на один из облачных сервисов. Таким образом, разработанная программа может быть широко использована для обеспечения поддержки в принятии врачебных решений при постановке диагноза «шизофрения». Она должна добавить объективности применяемым сегодня психометрическим клиническим шкалам.
В будущем ученые планируют использовать данные МРТ для контроля эффективности лечения шизофрении. После того как классификатор и другие методы анализа данных томографии позволили определить у пациента регионы мозга, работающие иначе, чем у здорового, на эти зоны можно влиять с помощью медикаментозной терапии или транскраниальной магнитной стимуляции (направленного воздействия на отдельные участки короткими магнитными импульсами). В результате лечения работа органа будет перестраиваться. Специалисты хотят научить программу оценивать динамику изменений, степень приближения к норме, а также устойчивость полученного результата.
Клиническую базу для разработки классификатора предоставили в Психиатрической клинической больнице № 1 им. Н.А. Алексеева. Лечение шизофрении — одно из основных направлений работы медиков учреждения. Пациенты с таким диагнозом здесь самый массовый контингент, поэтому врачи напрямую заинтересованы в развитии методов диагностики. Они подбирали больных, которые приняли участие в работе.
— Чтобы сказать, насколько полезен будет классификатор в реальной медицинской практике, необходимо продолжать испытания. Это было пилотное исследование. Но у технологии большой потенциал. Существует много свидетельств, что при шизофрении могут наблюдаться изменения на МРТ мозга. Однако пока нельзя сказать, что повреждения накапливаются в его какой-то конкретной зоне. Сейчас речь идет только о корреляции болезни с какими-то изменениями. Получится или не получится на основе технологии создать диагностическую систему, покажут только эксперименты с более крупной выборкой участников, — сказал старший научный сотрудник Научно-клинического исследовательского центра нейропсихиатрии больницы им. Алексеева Денис Андреюк.
Сегодня установлено, что шизофрения не обязательно приводит к неизбежному хроническому развитию или прогрессирующему нарастанию дефекта. Раннее выявление, правильно подобранная медикаментозная терапия и психолого-социальная поддержка играют важную роль в успешном лечении заболевания, уверена клинический психолог, руководитель НПЦ «Виртуальная клиника» Московского института психоанализа Ольга Валаева.
— Исследование специалистов Курчатовского института по нейровизуализации с помощью МРТ может оказать неоценимый вклад в раннюю диагностику шизофрении и тем самым привести к возможности полного или частичного выздоровления людей, страдающих этим расстройством, — сказала она.
Использование психотерапевтических подходов к лечению шизофрении может получить существенный стимул за счет верификации на основе функциональных данных МРТ. А применение нейровизуализации для оценки изменений в мозге пациентов до и после психотерапевтического вмешательства позволяет более объективно измерить влияние терапии на нейробиологические процессы.