
Учёные разработали новый метод диагностики болезни Паркинсона с точностью 97%
Исследователи из Австралии и Кувейта разработали инновационный неинвазивный метод диагностики болезни Паркинсона с точностью 97%. Анализируя реакцию мозга на эмоциональные стимулы с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ) и искусственного интеллекта (ИИ), команда обнаружила специфические паттерны эмоциональной обработки у пациентов с болезнью Паркинсона. Этот метод может изменить подход к выявлению и лечению болезни, предлагая более раннее вмешательство и улучшая результаты.

В чём заключалось исследование?
Как сообщает Neuroscience News, исследование проводилось учёными из Университета Канберры в Австралии и Кувейтского колледжа науки и технологий. Результаты исследования были опубликованы в октябре 2024 года в журнале Intelligent Computing в статье под названием «Exploring Electroencephalography-Based Affective Analysis and Detection of Parkinson’s Disease».
Исследователи хотели выяснить, можно ли диагностировать болезнь Паркинсона, изучая, как пациенты обрабатывают эмоции. Вот как было организовано исследование:
В исследовании приняли участие 40 человек – 20 пациентов с диагнозом «болезнь Паркинсона» и 20 здоровых людей в качестве группы сравнения. Такой баланс помог исследователям выявить чёткие различия в активности мозга между двумя группами.
Участникам показывали видеоклипы и изображения, призванные вызвать эмоциональные реакции, такие как счастье, страх, печаль или удивление. Например, они могли смотреть сцену из драматического фильма или изображение чего-то удивительного.
Пока участники подвергались воздействию этих эмоциональных триггеров, исследователи с помощью ЭЭГ регистрировали их мозговую активность. ЭЭГ – это неинвазивный метод, который предполагает размещение небольших датчиков на коже головы для измерения электрических сигналов в мозге.
После записи активности мозга данные обрабатывались с помощью современных компьютерных алгоритмов. Были проанализированы две ключевые характеристики мозговой активности: векторы спектральной мощности, которые измеряют, как электрические сигналы мозга изменяются на разных частотах, и общие пространственные паттерны, которые помогают выявить различия в мозговой активности между пациентами с болезнью Паркинсона и здоровыми людьми, что облегчает разграничение этих двух групп.
Собранные данные ЭЭГ были переданы в системы искусственного интеллекта, в частности в механизмы машинного обучения, такие как конволюционные нейронные сети. Эти системы анализировали паттерны активности мозга, чтобы найти четкие маркеры болезни Паркинсона. ИИ смог достичь впечатляющей точности в 97 %, правильно определив, есть ли у участника болезнь Паркинсона или нет.
Пациенты с болезнью Паркинсона демонстрируют уникальные различия в том, как они обрабатывают эмоциональные стимулы, что отличает их от здоровых людей. Эти различия дают важное представление о когнитивных изменениях, вызванных болезнью, и их влиянии на распознавание эмоций.
Трудности с распознаванием определённых эмоций
Пациенты с болезнью Паркинсона особенно трудно распознавали такие специфические эмоции, как страх, отвращение и удивление. Эти трудности могут быть вызваны нарушениями в областях мозга, отвечающих за обработку эмоций, таких как миндалина, инсула и префронтальная кора. Эти области играют важнейшую роль в распознавании и интерпретации мимики и эмоциональных сигналов – функции, которые нарушаются по мере прогрессирования болезни Паркинсона. Например, пациент может не улавливать страх в выражении лица другого человека, что может повлиять на его способность адекватно реагировать в социальных или потенциально опасных ситуациях.
Фокус на интенсивности эмоций, а не на их валентности
Пациенты с болезнью Паркинсона также склонны больше концентрироваться на возбуждении или интенсивности эмоций, а не на их валентности, то есть на том, является ли эмоция положительной или отрицательной. Например, они могут остро реагировать на громкую или энергичную сцену, такую как взрыв в фильме, не различая, вызывает ли она радость или страх. Это говорит о том, что болезнь может нарушать нейронные пути, которые оценивают общий эмоциональный «тон» стимула, в результате чего мозг больше ориентируется на уровень возбуждения или энергии.
Когнитивный аспект
Эти эмоциональные нарушения отражают более широкие когнитивные проблемы, с которыми сталкиваются пациенты с болезнью Паркинсона, особенно в таких исполнительных функциях, как принятие решений, внимание и социальное взаимодействие. Распознавание и интерпретация эмоций – ключевой аспект социального познания, который помогает людям ориентироваться в межличностных отношениях и понимать социальную динамику. У пациентов с болезнью Паркинсона трудности с обработкой эмоций могут привести к непониманию, снижению эмпатии и способности адаптироваться к социальным сигналам.
Например:
- Принятие решений: Пациент, который не может распознать страх, может с трудом оценивать риски в своем окружении, например, является ли ситуация опасной или безопасной.e.
- Социальные взаимодействия: Неправильная интерпретация эмоциональных сигналов может привести к конфликтам или напряжённым отношениям, поскольку пациенты могут неадекватно реагировать на чувства других людей.
- Эмоциональная регуляция: Трудности с распознаванием эмоций могут затруднять пациентам регулирование собственных эмоциональных реакций, что приводит к разочарованию или тревоге.
Нейронная основа этих изменений
Болезнь Паркинсона связана с потерей нейронов, вырабатывающих дофамин, в областях мозга, которые имеют решающее значение как для движения, так и для когнитивных функций, таких как базальные ганглии и префронтальная кора. Эти области тесно связаны с центрами обработки эмоций, такими как миндалина, что позволяет объяснить, почему наряду с двигательными симптомами страдает распознавание и регуляция эмоций.
Болезнь Паркинсона влияет не только на тело, но и на то, как мозг обрабатывает эмоции и решает когнитивные задачи, связанные с социальным взаимодействием и принятием решений. Понимание этих изменений может привести к созданию более эффективных систем поддержки пациентов и более комплексных подходов к лечению, направленных на устранение как моторных, так и немоторных симптомов.
Почему был выбран именно этот метод?
Электроэнцефалография – это безопасный и широко доступный инструмент для измерения активности мозга. Она не требует никаких инвазивных процедур, таких как хирургическое вмешательство или инъекции, что делает ее удобной для пациентов. Объединив ЭЭГ с искусственным интеллектом, исследователи смогли быстро и точно проанализировать сложные закономерности в данных о мозге, что было бы невозможно сделать вручную.
Почему это исследование важно?
Это исследование выделяется по нескольким причинам. Во-первых, оно использует объективные данные о мозге, а не полагается на субъективные наблюдения врачей или пациентов. Во-вторых, оно достигает гораздо большей точности, чем традиционные методы диагностики. В-третьих, оно предлагает потенциальный способ выявления болезни Паркинсона на ранней стадии, ещё до появления заметных физических симптомов. Раннее обнаружение имеет решающее значение для эффективного лечения болезни.
Ключевые выводы исследования
Высокая точность диагностики: Точность диагностики составила 97 %, что делает этот метод одним из самых надёжных инструментов для выявления болезни Паркинсона.
Трудности с распознаванием специфических эмоций: Пациенты с болезнью Паркинсона с трудом распознавали такие эмоции, как страх, отвращение и удивление. Например, они могли смотреть напряжённую сцену фильма и не распознать страх в выражении лица персонажа.
Фокус на интенсивности эмоций: Пациенты обращали больше внимания на то, насколько «сильной» была эмоция, а не на то, положительной она была или отрицательной. Например, громкая и энергичная сцена может быть одинаково сильной, независимо от того, счастливая она или страшная.
Интеграция ИИ для анализа данных: Использование машинного обучения позволило исследователям быстро и точно анализировать сложные данные о мозге, выявляя закономерности, характерные только для пациентов с болезнью Паркинсона.
Потенциал раннего обнаружения: Изменения эмоциональной обработки могут происходить на ранних стадиях болезни Паркинсона, ещё до появления физических симптомов, таких как тремор. Это означает, что метод может помочь диагностировать болезнь на ранних стадиях, что приведёт к улучшению результатов.
Как это связано с повседневной жизнью
Это исследование имеет реальные последствия как для пациентов, так и для медицинских работников. Для пациентов оно предлагает более простой и менее стрессовый способ диагностики. Вместо того чтобы ждать, пока симптомы станут тяжёлыми, люди могут получить диагноз раньше, что потенциально замедлит прогрессирование болезни. Для врачей это объективный инструмент, дополняющий их клинический опыт.
Представьте себе человека в возрасте 50 лет, который начинает ощущать едва заметные изменения, например, трудности с пониманием эмоциональных сигналов в разговоре. При традиционном подходе эти люди могут ждать годами, прежде чем им будет поставлен диагноз болезни Паркинсона. С помощью нового метода ЭЭГ-тест может дать чёткие ответы гораздо раньше.
Почему это важно для науки и общества
Прогресс в науке и медицине: Это исследование демонстрирует возможности объединения нейронауки и искусственного интеллекта для решения сложных медицинских задач. Оно позволяет по-новому изучить, как болезнь Паркинсона влияет на мозг, не ограничиваясь только физическими симптомами. Результаты исследования также подчёркивают важность понимания эмоциональных и когнитивных изменений при неврологических расстройствах.
Преимущества для пациентов: Новый метод может улучшить качество жизни пациентов благодаря возможности более ранней диагностики и лечения. Он также может уменьшить стресс и неопределённость, связанные с традиционными методами диагностики, которые часто опираются на субъективные наблюдения и самоотчёты о симптомах.
Более широкое влияние на общество: Повышение информированности о том, как болезнь Паркинсона влияет на эмоциональные и когнитивные процессы, может способствовать большему пониманию и сочувствию к людям, живущим с этим заболеванием. Исследование также подчеркивает важность создания доступных и неинвазивных диагностических инструментов для всех неврологических заболеваний.
Выводы
Это исследование предлагает революционный подход к диагностике болезни Паркинсона путём анализа реакции мозга на эмоциональные стимулы. Используя ЭЭГ и искусственный интеллект, исследователи достигли практически идеальной точности, обеспечив быстрый, надёжный и неинвазивный метод диагностики. По мере развития этой технологии она может изменить методы выявления и лечения болезни Паркинсона, улучшив состояние миллионов пациентов по всему миру.