WPI研究人员利用一种人工智能形式分析大脑解剖变化，并以近93%的准确率预测阿尔茨海默病。他们的研究发表在《神经科学》期刊上，还揭示了涉及脑容量损失的解剖变化因年龄和性别而异。
“阿尔茨海默病的早期诊断可能很困难，因为症状可能被误认为是正常衰老，”生物与生物技术系助理研究教授Benjamin Nephew说。“我们发现，机器学习技术可以分析扫描中的大量数据，以识别细微变化并准确预测阿尔茨海默病及相关认知状态。这一进展为阿尔茨海默病研究提供了信息，并可能带来让医生更早、更有效地诊断和治疗该疾病的方法。”
阿尔茨海默病是一种神经退行性疾病，会损害心理功能并最终导致死亡。估计有690万美国65岁及以上的老年人患有阿尔茨海默病。
健康的大脑包含数十亿个神经元，这些细胞处理并传递思维、运动和其他身体功能所需的信号。阿尔茨海默病会损伤神经元，导致细胞死亡以及脑组织和相关认知功能的丧失。
利用MRI数据训练AI
Nephew、博士生Senbao Lu和硕士生Bhaavin Jogeshwar使用阿尔茨海默病神经影像学倡议的MRI脑部扫描进行了研究，该倡议是一个多中心项目，建立了69至84岁人群的脑部扫描库。扫描描绘了正常心智功能、轻度认知障碍和阿尔茨海默病患者的大脑。
分析数据丰富的MRI图像可能需要大量的计算能力和时间。为了集中研究，WPI研究人员首先使用机器学习分析了815个MRI扫描在95个脑区的体积测量。然后，他们部署了一种算法，根据健康个体与轻度认知障碍或阿尔茨海默病患者之间测量值的差异进行预测。
结果显示，该方法在检测正常大脑和轻度认知障碍患者大脑中的阿尔茨海默病方面准确率为92.87%。
关键脑区和早期迹象
海马体、杏仁核和内嗅皮层的体积损失是跨年龄和性别类别中阿尔茨海默病的首要预测因素。海马体是大脑深处一个小的海马状结构，负责记忆和学习。杏仁核由两个杏仁状结构组成，控制情绪。内嗅皮层是记忆、导航和感知的中枢，也是阿尔茨海默病最早影响的大脑区域之一。
69至76岁（研究中最年轻的年龄组）的男性和女性均显示出右侧海马体的脑容量损失。研究人员表示，这表明右侧海马体可能在阿尔茨海默病的早期诊断中很重要。
“这项研究的关键挑战是构建一个可泛化的机器学习模型，该模型能够捕捉健康大脑与轻度认知障碍或阿尔茨海默病患者大脑之间的差异，”Nephew说。“一个可泛化的模型意味着我们发现的生物标志物并非该数据集独有，而是可能对所有轻度认知障碍或阿尔茨海默病患者具有普遍性。”
揭示性别特异性脑变化
男性和女性大脑的差异也显现出来。研究人员发现，女性的体积损失发生在左侧颞中皮层，该区域参与语言、记忆和视觉感知。在男性中，体积损失在右侧内嗅皮层中显著。
Nephew说，这些差异的程度令人惊讶，并且可能与阿尔茨海默病进展和性激素变化之间的相互作用有关。一些研究人员将阿尔茨海默病的风险与女性雌激素和男性睾酮随年龄增长而流失联系起来。
下一步
Nephew和WPI学生正在跟进他们在《神经科学》上的发表，通过评估深度学习模型的使用，并检查可能影响大脑和阿尔茨海默病的其他因素，如糖尿病。这项研究吸引了来自生物学、生物技术、神经科学、心理学、计算机科学和生物信息学等不同学科的WPI学生。
“这项研究体现了WPI神经科学的优势，即跨学科和计算性，”Nephew说。“大脑是一个极其复杂的器官，我们需要广泛思考如何更好地理解、预测和治疗困扰大脑的疾病。”
出版详情：
Bhaavin K. Jogeshwar等人，《基于神经解剖学的跨性别和年龄机器学习预测阿尔茨海默病》，《神经科学》（2026）。DOI: 10.1016/j.neuroscience.2025.12.030
期刊信息：《神经科学》
关键医学概念： 阿尔茨海默病、磁共振成像、海马体、杏仁核、内嗅皮层
临床类别： 神经病学、诊断放射学
提供：伍斯特理工学院
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