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Quantos anos tem seu cérebro? Cientistas treinam IA para revelar idade cerebral

Todo mundo conhece pessoas que agem de maneira muito mais inconsequente e jovem, ou mais madura e razoável que o que seria condizente com sua idade. É só acessar um app tipo Tinder para checar: a chance de você confundir a idade de um perfil virtual é enorme, mesmo com fotos. Além dos fakes, isso acontece porque a idade do cérebro não necessariamente reflete a idade cronológica de uma pessoa. No cérebro, os fatores dependem de outros processos, como genética, ambiente social e hábitos.

No entanto, o assunto passa longe de ser apenas diversão acadêmica. Pesquisadores da área da longevidade humana têm percebido, cada vez mais, que o tempo que você vive não é seu melhor indicador de saúde. Tendência na área da longevidade, em vez de tentar prolongar a vida do paciente, o ideal deve ser prolongar sua vida útil, o que em outras palavras significa o tempo em que se pode viver sem doenças, ou em quanto tempo é possível atrasar o aparecimento de doenças comuns relacionadas à idade.

A partir dessas percepções, um estudo, publicado na Nature Neuroscience, reuniu três diferentes campos — neurociência, longevidade e IA — em um único algoritmo capaz de prever a idade cerebral de uma pessoa, com base em exames de ressonância magnética.

Usando dados de quase 50.000 pessoas com idades que vão de 3 a 89 anos, analisados pela Inteligência Artificial, o estudo definiu uma trajetória padrão para o envelhecimento cerebral humano. É também pioneiro em mostrar como distúrbios cerebrais comuns, como depressão e autismo, afetam o envelhecimento cerebral, de acordo com o pesquisador e primeiro autor do estudo, Tobias Kaufmann, da Universidade de Oslo, na Noruega.

Para uso imediato, a diferença entre idade cerebral e cronológica é um bom biomarcador para o envelhecimento cerebral, que pode ajudar os médicos na hora de tomar decisões.

Milhões de possibilidades

A contribuição mais significativa da pesquisa é a sua abordagem interdisciplinar da questão, possibilitada pela capacidade de estudar exames cerebrais de um número muito grande de pessoas usando scanners, sites e configurações, como se fossem de uma população inteira, conforme explica Janine Bijsterbosch, da Washington University School of Medicine, no Missouri, que não participou dos testes.

Em outras palavras, os dados de laboratórios individuais não são mais adequados para a descoberta de pequenos marcadores e sutis alterações de grande impacto na vida das pessoas. Isso levaria muito tempo, além do desencontro das novas hipóteses e descobertas feitas por cada médico. Para desvendar melhor os mistérios dos cérebros, em massa, através das divisões raciais e socioeconômicas, vale a pena reconhecer — e utilizar — o poder dos números e do cruzamento de diferentes padrões nas instituições de pesquisa.

A verdadeira Idade do Cérebro

Para a história seguir, há ainda um desafio: descobrir a equação para que leve até a exata e verdadeira idade biológica de uma pessoa. Por enquanto, pesquisadores têm comparado a diferença entre a idade cronológica e a idade do cérebro em humanos. Já é possível entender alguns fatores que controlam a rapidez com que um cérebro amaducrece e muda ao longo da vida, e como isso desempenha um papel significativo na estrutura cerebral, que pode ser medido com o auxílio da ressonância magnética.

Nesse sentido, distúrbios cerebrais como autismo, esquizofrenia, bipolaridade e depressão alteram drasticamente esses números. Essa descoberta levou a equipe médica a se perguntar se a idade do cérebro está ligada a genes específicos e, em caso positivo, a questionar e descobrir aqueles que aceleram e atrasam o envelhecimento do cérebro.

O famoso “túnel” de ressonância magnética (Fonte: Medical Malpractice Help)

Treinando a IA

Para tentar obter essas respostas, o estudo da equipe de Kaufmann precisou ser mais generalista. As pesquisas anteriores, segundo o trabalho, aconteciam em “pequena escala”, na medida em que analisavam apenas uma faixa etária limitada e com foco em um único transtorno mental, com no máximo algumas centenas de pessoas. Dessa forma, os resultados não poderiam fornecer uma imagem dinâmica e completa das alterações estruturais do cérebro durante toda a vida útil.

Como nenhum laboratório pode fornecer os dados que os pesquisadores precisavam, o grupo fez uma varredura por ressonâncias magnéticas de vários sites, obtidas por diferentes scanners, em diferentes configurações. O que teria sido uma loucura no passado com as variações de imagens e tamanhos, só foi possível com o uso de Inteligência Artificial.

Foi necessário padronizar dados de 45.615 pessoas em conjunto — uma tarefa que exigia esforço, tempo, e métodos de tentativa e erro consideráveis. Como verificação de integridade, eles incluíram essas informações em seu algoritmo de aprendizado de máquina em busca de possíveis erros de normalização. Em seguida, a equipe de Oslo treinou a IA para prever uma trajetória normal de envelhecimento cerebral.

O algoritmo foi então validado com dados de 4.353 pessoas saudáveis ​​adicionais. Finalmente, os pesquisadores compararam exames cerebrais de quase 5.800 pessoas com vários distúrbios cerebrais, combinando a idade cerebral de cada paciente com a trajetória geral.

Nesse processo, descobriram que distúrbios cerebrais do desenvolvimento, como autismo e TDAH, não afetam particularmente a idade do cérebro. Além disso, a equipe também descobriu que as regiões cerebrais que contribuíram significativamente para a diferença de idade cerebral já eram implicadas em distúrbio mental específico. Por exemplo, na doença de Alzheimer, a estrutura das regiões sob o córtex murcha lentamente — elas também são as que desencadeiam a diferença de idade cerebral medida pelo algoritmo.

Essa é uma validação importante, disse a equipe. Isso mostra que a IA pode condensar informações de um grande número de imagens do cérebro em uma pontuação interpretável, sem perder completamente as informações sobre regiões cerebrais individuais. Assim, alguns distúrbios podem fazer com que uma região do cérebro envelheça mais rapidamente do que outras.

Uma ligação genética

O envelhecimento acelerado do cérebro também pode ser associado a questões genéticas e agravado por ambientes prejudiciais e diferentes tipos de estilo de vida. Analisar os genes é uma maneira de começar a explorar fatores que influenciam as variações nas trajetórias

A IA é o primeiro passo para determinar a idade do cérebro em um indivíduo. Ir de resultados médios para varreduras individuais é difícil, disse Bijsterbosch, porque as varreduras de ressonância magnética apresentam grande variabilidade entre as pessoas. São necessárias mais pesquisas, mas o estudo, dado seu tamanho, é uma base sólida.

A esperança agora é prever a diferença de idade cerebral de uma pessoa, com base em sua genética, antes do aparecimento de distúrbios cerebrais de alto risco, e acompanhar a progressão da doença ao longo do tempo para ajudar a ajustar seus tratamentos.

Fonte: SingularityHub. Canaltech. 16.10.2019.

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