Las enfermedades neurodegenerativas son una de las mayores causas de muerte y también de problemas sanitarios a nivel global. Pero aún nos queda mucho por comprender sobre su desencadenamiento. Ahora, un estudio publicado en Nature, ha analizado casi 50.000 escáneres cerebrales y ha revelado cinco patrones distintos de atrofia cerebral asociados con el envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas. El análisis también ha vinculado los patrones a factores de estilo de vida como el tabaquismo y el consumo de alcohol, así como a marcadores genéticos y sanguíneos asociados con el estado de salud y el riesgo de enfermedad.

El estudio podría hacer avanzar enormemente la comprensión de los investigadores sobre el envejecimiento. Antes de este estudio, sabíamos que la anatomía cerebral cambia con el envejecimiento y la enfermedad. Pero nuestra capacidad para comprender esta compleja interacción era mucho más modesta. Al igual que el envejecimiento puede inducir arrugas en la piel, también produce cambios en la anatomía cerebral que son visibles en las exploraciones de imágenes por resonancia magnética (IRM), con algunas áreas que se marchitan o sufren alteraciones estructurales con el tiempo. Pero estas transformaciones son sutiles. “El ojo humano no es capaz de percibir patrones de cambios sistemáticos en el cerebro asociados con este declive”, señala Christos Davatzikos, especialista en imágenes biomédicas de la Universidad de Pensilvania en Filadelfia y líder del estudio.

Investigaciones previas habían demostrado que los métodos de aprendizaje automático pueden extraer las huellas dactilares sutiles del envejecimiento de los datos de resonancia magnética. Pero estos estudios a menudo tenían un alcance limitado y la mayoría incluía datos de un número relativamente pequeño de personas.

Para identificar patrones más amplios, el equipo de Davatzikos se embarcó en un estudio que tardó aproximadamente ocho años en completarse y publicarse. Para ello utilizaron un método de aprendizaje profundo llamado Surreal-GAN que fue desarrollado por Zhijian Yang, coautor del estudio. El algoritmo se entrenó con resonancias magnéticas cerebrales de 1.150 personas sanas de entre 20 y 49 años y 8.992 adultos mayores, incluidos muchos que experimentaban un deterioro cognitivo. Esto le enseñó a reconocer características recurrentes del cerebro envejecido, lo que le permitió crear un modelo interno de estructuras anatómicas que tienden a cambiar al mismo tiempo frente a las que tienden a cambiar de forma independiente.

El equipo de Davatzikos usó el modelo en imágenes por resonancia magnética de casi 50.000 personas que participaban en varios estudios sobre el envejecimiento y la salud neurológica. Este análisis arrojó cinco patrones de atrofia cerebral. Los científicos vincularon varios tipos de degeneración cerebral relacionada con la edad a combinaciones de los cinco patrones. Por ejemplo, la demencia y su precursor, el deterioro cognitivo leve, tenían vínculos con tres de los cinco patrones. Curiosamente, el equipo de Davatzikos también encontró evidencia de que los patrones que identificaron podrían usarse potencialmente para revelar la probabilidad de una mayor degeneración cerebral en el futuro.

“Si quieres predecir la progresión desde un estado cognitivamente normal a un deterioro cognitivo leve, uno de los patrones fue el más predictivo con diferencia - añade Davatzikos -. En etapas posteriores, la adición de un segundo patrón aumenta los niveles de predicción, lo que tiene sentido porque esto de alguna manera captura la propagación de la patología”. Otros patrones se vincularon a afecciones como la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer, y una combinación de tres patrones fue altamente predictiva de mortalidad.

Los autores también encontraron asociaciones claras entre ciertos patrones de atrofia cerebral y varios factores fisiológicos y ambientales, incluido el consumo de alcohol y el tabaquismo, así como varias firmas genéticas y bioquímicas asociadas con la salud. Davatzikos dice que estos resultados probablemente reflejan el efecto del bienestar físico general sobre la salud neurológica, porque el daño a otros sistemas orgánicos puede tener consecuencias para el cerebro.

Sin embargo, Davatzikos advierte que el estudio “no significa que todo se pueda reducir a cinco números”, y su equipo está buscando trabajar con conjuntos de datos que incluyan una gama más amplia de afecciones neurológicas y tengan una mayor diversidad racial y étnica.