Predicen con IA el envejecimiento del cerebro asociado al alzhéimer

Un nuevo biomarcador de envejecimiento cerebral validado mediante inteligencia artificial ha demostrado por primera vez que las alteraciones patológicas en el cerebro características de la enfermedad de Alzheimer se asocian con un envejecimiento cerebral acelerado, incluso en personas con una cognición normal. El biomarcador ha sido desarrollado por científicos del Barcelonaβeta Brain Research Center (BBRC), centro de investigación de la Fundación Pasqual Maragall.

Los investigadores han utilizado técnicas de aprendizaje automático para analizar 22.661 imágenes por resonancia magnética del UK Biobank –una gran base de datos biomédica que contiene información genética y de salud de medio millón de personas del Reino Unido– y compararlas con biomarcadores de alzhéimer de 2.300 personas de cuatro cohortes independientes, incluyendo individuos cognitivamente sanos incluidos en el Estudio ALFA, impulsado por la Fundación ”la Caixa”.

Los biomarcadores proporcionan información sobre una enfermedad o un proceso biológico, y determinadas características morfológicas, como una alteración del grosor o volumen en áreas concretas del cerebro, pueden indicar un envejecimiento acelerado de este órgano. Los resultados del estudio se han publicado en eLife y ayudan a comprender mejor la relación entre el proceso de envejecimiento cerebral y las enfermedades neurodegenerativas, algo fundamental para desarrollar estrategias que permitan prevenir o retrasar esas patologías que están aumentando debido al envejecimiento de la población.

Diferencia entre edad cerebral cronológica y biológica

Este estudio es el primero que ha demostrado la asociación entre la edad biológica cerebral y la presencia de biomarcadores y factores de riesgo de alzhéimer (como las proteínas beta amiloide y tau o el genotipo APOE-ε4) en 2.314 personas cognitivamente sanas o con deterioro cognitivo leve. Los resultados también muestran la relación entre el envejecimiento cerebral y marcadores de neurodegeneración y patología cerebrovascular y posicionan este nuevo indicador como una herramienta potencialmente útil en el diagnóstico de diversas enfermedades cerebrales.

El estudio ha demostrado la asociación entre la edad biológica cerebral y la presencia de biomarcadores y factores de riesgo de alzhéimer, como las proteínas beta amiloide y tau o el genotipo APOE-ε4

Conocer la diferencia entre la edad cronológica –que es el tiempo que ha trascurrido desde el nacimiento– y la edad biológica del cerebro –que se calcula usando técnicas de neuroimagen– permite hacer una estimación sobre si el envejecimiento del cerebro se ha producido de forma más rápida de lo esperado. Esto se conoce como el delta de la edad cerebral (brain-age delta, en inglés) y se considera un indicador del envejecimiento cerebral biológico. Por lo tanto, las personas con una edad cerebral estimada más alta que su edad cronológica podrían tener un cerebro “más viejo” de lo esperado, mientras que una persona cuya una edad cerebral se estima que es inferior a su edad cronológica tendría un cerebro “más joven”.

“Aunque la edad es el principal factor de riesgo para la enfermedad de Alzheimer y la mayoría de las enfermedades neurodegenerativas, los mecanismos biológicos que explican esta asociación aún son poco conocidos”, explica Irene Cumplido, investigadora predoctoral en el Grupo de Investigación en Neuroimagen del BBRC y primera autora del trabajo. “Para el estudio de la edad, es necesario disponer de marcadores objetivos de envejecimiento biológico cerebral, más allá de la edad cronológica, del mismo modo que se dispone de biomarcadores para el Alzheimer”, concreta.

Estudiar el alzhéimer mediante inteligencia artificial

Para llevar a cabo el estudio los investigadores entrenaron un modelo predictivo para calcular la edad cerebral de mujeres y hombres sanos, empleando más de 22.000 medidas que se habían obtenido a partir de imágenes por resonancia magnética. Es la primera vez que el BBRC utiliza técnicas de aprendizaje automático para estudiar el envejecimiento cerebral. “Estos modelos aprenden la asociación entre la edad cronológica y las características morfológicas cerebrales extraídas de las imágenes por resonancia magnética, lo que predice una edad cerebral para cada individuo”, explica la Dra. Verónica Vilaplana, profesora agregada del Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones de la Universidad Politécnica de Cataluña y también autora del estudio.

“Una cantidad creciente de investigación en los últimos dos años se centra en el uso de técnicas de neuroimagen para desarrollar un marcador del envejecimiento cerebral biológico”, afirma el Dr. Juan Domingo Gispert, responsable del Grupo de Investigación en Neuroimagen del BBRC. “A diferencia de estudios previos, el nuevo biomarcador que hemos desarrollado está validado contra varios marcadores biológicos y factores de riesgo asociados al envejecimiento, de modo que nuestro estudio demuestra la validez del nuestro método como un biomarcador de envejecimiento biológico cerebral con relevancia para diversas enfermedades neurodegenerativas”.

“Sabemos que en trastornos neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer se ha encontrado un envejecimiento acelerado del cerebro, pero era necesario comparar estos datos con marcadores biológicos específicos de la enfermedad”, señala Cumplido. Para ello, los investigadores han estudiado las asociaciones del envejecimiento cerebral acelerado con diversos biomarcadores y factores de riesgo del alzhéimer en personas sanas, como la presencia de las proteínas beta amiloide y tau, el genotipo APOE-ε4 –principal factor de riesgo genético de la enfermedad de Alzheimer– y otros marcadores de la neurodegeneración y la enfermedad cerebrovascular. También realizaron un análisis estratificado por sexos para estudiar las diferencias entre hombres y mujeres con respecto a la edad cerebral.

La estimación del envejecimiento cerebral acelerado se asoció con depósitos anormales de beta amiloide, enfermedad de Alzheimer en fases más avanzadas y la presencia del genotipo APOE-e4; unos resultados especialmente útiles para potenciales estrategias que ayuden a prevenir patologías neurodegenerativas.

Fuente: Barcelonaβeta Brain Research Center (BBRC)