Ustanowienie normalnego mapowania mózgu i badania nad zindywidualizowaną diagnozą głównych chorób mózgu

W 2022 r. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) wydała dokument strategiczny wzywający do zwrócenia uwagi na zdrowie mózgu i choroby neurologiczne. W chińskim „14. planie pięcioletnim” badania z zakresu nauk o mózgu uznano za jeden z kluczowych obszarów badawczych, którego celem rozwojowym jest promowanie zrozumienia podstawowych mechanizmów mózgu i zaspokajanie potrzeb w zakresie poprawy zdrowia mózgu w populacji. Zrozumienie rozwoju mózgu i starzenia się u zdrowych osób jest warunkiem wstępnym zrozumienia chorób neurologicznych. Funkcja bariery krew-mózg ma kluczowe znaczenie dla utrzymania zdrowia mózgu i odgrywa kluczową rolę w występowaniu i rozwoju poważnych chorób mózgu. Jednakże obecnie brakuje standaryzowanych wartości referencyjnych do oceny obrazowania strukturalnego mózgu, a jeszcze mniej wiadomo na temat zmian w funkcjonowaniu bariery krew-mózg w zdrowych populacjach. Utrudnia to znacząco zrozumienie zdrowia mózgu, patologii głównych chorób mózgu oraz możliwość stawiania wczesnych, zindywidualizowanych diagnoz i terapii. Ponadto, chociaż funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) stał się podstawowym narzędziem badawczym w neurologii, jego zastosowanie kliniczne w dalszym ciągu nastręcza trudności, przede wszystkim ze względu na brak standaryzowanych metod oceny ilościowej. W 2022 r. utworzono międzynarodowe zbiory danych obejmujące długość życia człowieka, a skonstruowane krzywe percentylowe ujawniły populacyjne wzorce rozwoju mózgu i różnice indywidualne, co stanowi obiecujące, ustandaryzowane narzędzie do oceny zdrowia i chorób mózgu. Niemniej jednak istniejąca charakterystyka obrazowania mózgu nadal ma pewne ograniczenia: (1) brak normalnych wartości referencyjnych dla struktur obrazowania mózgu w populacji chińskiej; (2) brak wykresów wskaźników funkcji mózgu, takich jak łączność funkcjonalna i perfuzja mózgowego przepływu krwi, zwłaszcza w odniesieniu do krytycznej roli zmian bariery krew-mózg w transformacji poważnych chorób mózgu; (3) Brak jest systematycznych badań dotyczących wartości zastosowania siatek mózgowych w diagnostyce i leczeniu głównych chorób mózgu. Dlatego też stworzenie wykresów obrazowania struktury i funkcji mózgu (normalnych wartości referencyjnych) dla populacji chińskiej jest koniecznością i stanowi palący problem naukowy i kliniczny, którym należy się zająć.

Utworzenie chińskiej bazy danych neuroobrazowania populacji normalnej: Celem badaczy jest utworzenie największej kohorty badawczej w zakresie neuroobrazowania w Chinach, składającej się z 10 000 uczestników w szerokim przedziale wiekowym (6–90 lat), zrównoważonym rozkładzie płci i reprezentacji z ponad 30 ośrodków na terenie całego kraju, zapewniając zrównoważoną dystrybucję urządzeń skanujących. Badanie zajmie się problemami związanymi z prywatnością i bezpieczeństwem danych, wykorzystując stowarzyszone metody uczenia maszynowego. Projekt ten obejmuje przede wszystkim: ① Retrospektywne zebranie danych neuroobrazowych od 5000 uczestników z całego kraju, skupiające się głównie na obrazowaniu 3DT1WI i 3DFLAIR, a także zebranie podstawowych informacji demograficznych, stanu zdrowia i ocen neuropsychologicznych. ② Prospektywna kohorta neuroobrazowa składająca się z 5000 uczestników normalnej populacji Chin, obejmująca wielomodalne sekwencje obrazowania (3DT1WI, 3DFLAIR, DKI, ASL, VEXI i fMRI stanu spoczynku), wraz ze szczegółowymi informacjami demograficznymi, ocenami neuropsychologicznymi, standaryzowanymi kwestionariuszami i podstawowymi badania fizykalne. Dane z multimodalnego neuroobrazowania i oceny neuropsychologiczne będą zbierane podczas dwóch wizyt kontrolnych (w odstępach 1 roku i 2 lat). Wśród zebranych multimodalnych obrazowań mózgu metodą odzwierciedlającą przepuszczalność bariery krew-mózg jest MRI wymiany wody w naczyniach (VEXI), w którym wykorzystuje się cząsteczki wody jako naturalne wewnętrzne wskaźniki do pomiaru funkcji bariery krew-mózg.

Ustalenie wykresów struktury i funkcji mózgu dla normalnej populacji chińskiej: W oparciu o retrospektywne i prospektywne dane z neuroobrazowania normalnej populacji chińskiej, standardowe metody modelowania (w tym uogólnione addytywne modele mieszane [GAMLSS] i regresja procesu Gaussa [GPR]) zostaną wykorzystane do tworzyć strukturalne wykresy mózgu. Wykresy te będą obejmować: ① Objętość całego mózgu (objętość istoty szarej [GMV], objętość istoty białej [WMV], całkowita objętość wewnątrzczaszkowa [TIV] itp.), objętości 148 obszarów mózgu i objętości jąder podkorowych. ② Pasma włókien istoty białej (48 pasm włókien istoty białej i wskaźniki dyfuzji, w tym anizotropia ułamkowa [FA], średnia kurtoza [MK], średnia dyfuzyjność [MD] itp.) oraz funkcjonalne wykresy mózgu, które obejmują: ① Bariera krew-mózg przepuszczalność; ② Mózgowy przepływ krwi (CBF); ③ Wskaźniki lokalnej aktywności mózgu (jednorodność regionalna [ReHo], amplituda fluktuacji niskich częstotliwości [ALFF] itp.); ④ Globalna łączność funkcjonalna; oraz ⑤ Między innymi analiza sieci mózgowej (wydajność lokalna i globalna).