اسکن قفسه سینه چگونه از پیری مغز خبر می دهد

افراد هنگام انجام سی‌تی‌اسکن قفسه سینه معمولا به ریه‌ها یا ندول‌ها فکر می‌کنند. کمتر کسی انتظار دارد این تصویر ساده، رازهایی درباره مغز او آشکار کند. با این حال، همین سرنخ شگفت‌انگیز است که پژوهشگران از اسکن‌های معمول به دست آورده‌اند: استخوان‌های ستون فقرات ممکن است با روند پیر شدن ذهن ما ارتباط داشته باشند.

در دانشگاه جانز هاپکینز، دانشمندان تصاویر مربوط به «مطالعه چندقومیتی آترواسکلروز» را بررسی کردند و به الگویی قابل توجه رسیدند. وقتی تراکم حجمی مواد معدنی استخوان در مهره‌های سینه‌ای در ابتدای مطالعه کمتر بود، شرکت‌کنندگان معمولا افت شناختی سریع‌تری نشان می‌دادند و در اسکن‌های پیگیری ام‌آرآی، تغییرات ماده سفید مغز در آن‌ها برجسته‌تر بود. این پژوهش که به سرپرستی سارا ممتازمنش انجام شد و آزمایشگاه شادپور دمهری، رادیولوژیست، آن را تفسیر کرد، از یک ابزار یادگیری عمیق برای استخراج داده‌های تراکم استخوان از سی‌تی‌اسکن‌های قفسه سینه بدون تزریق ماده حاجب استفاده کرد؛ اسکن‌هایی که از قبل به دلایل بالینی دیگر انجام شده بودند.

چرا وقتی پرسش اصلی درباره پیری مغز است، باید به استخوان نگاه کرد؟ چون پیری معمولا فقط یک اندام را به‌تنهایی درگیر نمی‌کند. استخوان‌ها و مغز هر دو نشانه‌هایی از فرایندهای سیستمیک را در خود دارند؛ تغییرات متابولیک، فشار عروقی و گذارهای هورمونی که در بافت‌های مختلف بدن اثر می‌گذارند. تیم جانز هاپکینز ادعا نکرد که پوکی استخوان باعث زوال عقل می‌شود. در عوض، نتایج آن‌ها به مسیرهای مشترک پیری اشاره دارد که می‌توانند هم به شکنندگی اسکلت و هم به کاهش سلامت شبکه‌های عصبی منجر شوند.

آن‌ها تغییرات مغز را چگونه اندازه‌گیری کردند؟ دو نشانگر تصویربرداری نقش اصلی داشتند. پرفشردگی‌های ماده سفید در ام‌آرآی به صورت لکه‌های روشن دیده می‌شوند و اغلب بازتاب‌دهنده آسیب رگ‌های کوچک یا کاهش تراکم بافتی هستند. ناهمسانگردی کسری یک شاخص در ام‌آرآی انتشار است که سازمان‌یافتگی میکروسکوپی مسیرهای ماده سفید را نشان می‌دهد؛ همان بزرگراه‌هایی که پیام‌ها را میان نواحی مختلف مغز جابه‌جا می‌کنند. تراکم استخوانی پایین‌تر در شروع مطالعه، با تجمع سریع‌تر پرفشردگی‌ها در جسم پینه‌ای و کاهش تندتر ناهمسانگردی کسری در بازوی قدامی کپسول داخلی همراه بود؛ نواحی‌ای که با توجه، حافظه کاری و عملکرد اجرایی ارتباط دارند.

نمونه‌ای که این یافته‌ها بر پایه آن شکل گرفت، ابتدا شامل بیش از ۲ هزار سی‌تی‌اسکن بود که با یادگیری ماشین تحلیل شدند و سپس به ۷۱۵ نفر محدود شد که هم اندازه‌گیری‌های استخوان ستون فقرات و هم ام‌آرآی طولی به همراه آزمون‌های شناختی داشتند. داده‌های بلندمدت مربوط به پرفشردگی ماده سفید برای حدود ۴۰۸ شرکت‌کننده و داده‌های ناهمسانگردی کسری برای حدود ۴۰۵ نفر در دسترس بود؛ موضوعی که به تیم پژوهشی امکان داد تغییرات ساختاری مغز را در طول زمان دنبال کند، نه فقط در یک تصویر مقطعی.

یک نتیجه روشن به دست آمد: تراکم استخوانی پایین‌تر مهره‌ها در آغاز مطالعه با افت سریع‌تر عملکرد شناختی کلی همراه بود. تغییرات تصویربرداری نیز با این نشانه بالینی هم‌راستا بود؛ نه به‌عنوان اثبات رابطه علت و معلولی، بلکه به‌عنوان شواهدی پشتیبان که نشان می‌دهد عاملی سیستمیک در جریان است.

سی‌تی‌اسکن‌های قفسه سینه که برای غربالگری ریه یا سایر دلایل انجام می‌شوند، می‌توانند فرصتی برای اندازه‌گیری تراکم استخوان فراهم کنند و افرادی را که هم‌زمان دچار پیری اسکلتی و عصبی هستند، مشخص سازند.

اهمیت عملی ماجرا در همین نکته نهفته است. سی‌تی‌اسکن قفسه سینه همین حالا به دلایل گوناگون به شکل روتین انجام می‌شود؛ از غربالگری سرطان ریه گرفته تا امتیازدهی کلسیم و پایش ندول‌ها. اگر یک الگوریتم بتواند تراکم حجمی مواد معدنی استخوان را از این تصاویر استخراج کند، پزشکان بدون تابش اضافی یا هزینه بیشتر به قطعه دیگری از پازل سلامت دست پیدا می‌کنند. پیام این یافته آن نیست که تراکم استخوان به‌تنهایی به‌عنوان پیش‌بینی‌کننده زوال عقل استفاده شود، بلکه هدف گسترش ارزیابی خطر و جلب توجه به محرک‌های مشترکی مانند مقاومت به انسولین، اختلال چربی خون یا تغییرات پس از یائسگی است.

البته محدودیت‌هایی هم وجود دارد. ارتباط‌های مشاهده‌ای ثابت نمی‌کنند که کاهش تراکم استخوان باعث آسیب مغزی می‌شود. عوامل مخدوش‌کننده مانند سبک زندگی، خطرات عروقی و التهاب می‌توانند زمینه‌ساز هر دو فرایند باشند. با این حال، این مطالعه نمونه‌ای قانع‌کننده از این موضوع ارائه می‌دهد که داده‌کاوی میان‌اندامی چگونه می‌تواند الگوهای هم‌زمان افت مرتبط با سن را آشکار کند؛ الگوهایی که پیش‌تر جدا از هم بررسی می‌شدند.

فراتر از ارتباط خاص میان استخوان و مغز، این پژوهش کاربرد رو به رشد هوش مصنوعی را در ترکیب تصاویر تشخیصی در مقیاس بزرگ نشان می‌دهد. الگوریتم‌ها اکنون می‌توانند سی‌تی‌اسکن‌های قفسه سینه را برای یافتن شاخص‌های استخوانی بررسی کنند، آن‌ها را با معیارهای سلامت ماده سفید برگرفته از ام‌آرآی ترکیب کنند و هر دو را به نتایج آزمون‌های شناختی پیوند دهند. نتیجه، تصویری غنی‌تر و چندسیستمی از روند پیری است.

برای پزشکان، پژوهشگران و بیماران، پیام اصلی ظریف اما مهم است: باید به کل انسان توجه کرد. مشاهده اتفاقی تراکم پایین مواد معدنی استخوان در سی‌تی‌اسکن قفسه سینه ممکن است پزشکان را وادار کند که فقط به پیشگیری از شکستگی فکر نکنند، بلکه ارزیابی گسترده‌تری از سلامت عروقی و متابولیک انجام دهند؛ عواملی که بر مغز نیز اثر می‌گذارند. برای پژوهشگران، این مطالعه مسیرهایی تازه برای بررسی سازوکارهای زیستی مشترک و آزمودن این پرسش می‌گشاید که آیا مداخلات محافظ استخوان می‌توانند روند تخریب ماده سفید را نیز کند کنند یا نه.

هنوز در مرحله‌ای نیستیم که دستورالعمل‌های غربالگری بازنویسی شوند. اما با رشد مخازن تصویربرداری پزشکی و بلوغ ابزارهای هوش مصنوعی، تصاویر پزشکی موجود در پرونده‌ها ممکن است به منبعی غنی‌تر از سرنخ‌ها درباره چگونگی پیر شدن ما تبدیل شوند؛ از استخوان‌ها تا مغز. چه کسی فکر می‌کرد یک اسکن قفسه سینه بتواند هم‌زمان پنجره‌ای به ذهن باشد؟