Ученые научились по походке у грызунов выявлять болезнь Альцгеймера с помощью ИИ

Предложенный метод в перспективе может использоваться в качестве дополнительного инструмента для диагностики нейродегенеративных заболеваний.

По данным Всемирной организации здравоохранения, в мире более 50 миллионов человек страдают старческой деменцией, из них две трети приходится на болезнь Альцгеймера (заболевание характеризуется потерей памяти, в первую очередь краткосрочной). В России этим недугом страдает около 1-го миллиона человек. При этом выявить болезнь Альцгеймера на ранних стадиях проблематично, поскольку в организме человека действует множество компенсаторных механизмов, предотвращающих нарушение поведения.

Однако существует целый ряд факторов, который косвенно может свидетельствовать о появлении нейродегенеративных заболеваний. Одни из них характеризуется постепенными нарушениями походки и осанки. Подобные изменения часто могут быть практически незаметны для глаза врача, либо их определение является трудоемкой и утомительной задачей, решение которой зависит от субъективного мнения специалиста. Соответственно, возрастает вероятность ошибочного или запоздалого диагноза.

Исследования проводились на лабораторных мышах, подверженных болезни Альцгеймера. В своем исследовании для распознавания движений грызунов ученые применили методы анализа потокового видео на основе технологий глубокого машинного обучения – эти инструменты появились в последнее десятилетие, они являются значительно более точными по сравнению с традиционными подходами компьютерного зрения. Для сбора информации о движении грызунов съемка проводилась снизу. Поэтому для экспериментов был оборудован специальный бокс с прозрачным полом.

На основе собранного материала (всего 23 видеозаписи) ученые проанализировали траектории движения животных и даже их отдельных частей (морда, лапы, хвост и проч.). Затем они оценили характеристики траекторий движения объектов. Для этого они использовали широко распространенные в статистической физике методы описания движения частиц, в частности, при описании процессов, происходящих во время диффузии различных веществ.

Благодаря применению данных методов была создана математическая модель, которая позволяет оперативно и детально реконструировать траекторию движения грызунов, а затем с ее помощью выявлять практически незаметные поведенческие отклонения от нормы, которые могут свидетельством проявления симптомов болезни Альцгеймера. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Frontiers in Neuroinformatics.

В состав научной группы, помимо сотрудников ЛЭТИ, вошли ученые из Казанского (Приволжского) федерального университета, Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова и Казанского государственного медицинского университета. Исследование выполнено в рамках госзадания (№ FSEE-2020-0002).

Проведенное исследование является частью одного из направлений работы ученых ЛЭТИ в области автоматизированного анализа поведения людей и животных, которые в дальнейшем могут найти применение в различных сферах жизни общества, среди которых физиология и медицина. Например, ранее исследователи СПбГЭТУ «ЛЭТИ» научились выявлять степень гиперактивности собак по анализу их поведения, зафиксированного на видео.

В настоящее время ученые продолжают исследования в развитие данного направления совместно со специалистами Института физиологии им. И.П. Павлова, Научного центра реабилитации инвалидов им Г.А. Альбрехта, Санкт-Петербургского государственного университета и Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета.

Источник