ИИ обнаружил визуальный биомаркер хронического стресса

Согласно исследованию, представленному на ежегодном собрании Радиологического общества Северной Америки (RSNA), исследователи, используя модель глубокого обучения искусственного интеллекта, идентифицировали первый в своем роде биомаркер хронического стресса, обнаруживаемый с помощью обычной визуализации.

По данным Американской психологической ассоциации, хронический стресс может влиять как на физическое, так и на психологическое благополучие, вызывая целый ряд проблем, включая тревожность, бессонницу, мышечные боли, высокое кровяное давление и ослабление иммунной системы. Исследования показывают, что хронический стресс может способствовать развитию серьезных заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания, депрессия и ожирение.

Ведущий автор исследования доктор медицины Елена Готби, научная сотрудница Медицинской школы Университета Джона Хопкинса, разработала модель глубокого обучения для измерения объема надпочечников на основе существующих результатов компьютерной томографии.

Только в США ежегодно проводятся десятки миллионов компьютерных томографий грудной клетки.

Как модель искусственного интеллекта измеряет стресс

“Наш подход использует общедоступные данные визуализации и позволяет проводить крупномасштабную оценку биологического воздействия хронического стресса при различных состояниях с помощью существующих результатов компьютерной томографии грудной клетки”, – говорит доктор Готби. “Этот биомаркер на основе искусственного интеллекта потенциально может улучшить стратификацию сердечно-сосудистых рисков и помочь в выборе профилактического лечения без дополнительных исследований или облучения”.

Старший автор исследования доктор медицины Шадпур Демехри, профессор радиологии в университете Джона Хопкинса, говорит, что хронический стресс – распространённое состояние или жалоба, с которой многие взрослые сталкиваются ежедневно.

“Впервые мы можем “увидеть” воздействие стресса на организм с помощью сканирования, которое пациенты уже проходят каждый день в больницах по всей стране. До сих пор у нас не было способа измерить и количественно оценить кумулятивный эффект хронического стресса, кроме как с помощью опросников, суррогатных сывороточных маркеров, указывающих на хроническое воспаление, и измерения уровня кортизола, что очень сложно сделать”, – говорит доктор Демехри.

В отличие от единичных измерений уровня кортизола, которые дают моментальную оценку уровня стресса, объем надпочечников действует как биологический барометр хронического стресса.

Дизайн исследования и данные об участниках

В ходе исследования ученые получили данные о 2842 участниках (средний возраст 69,3 года; 51% женщин) из Многонационального исследования атеросклероза, комплексного исследования – комплексного исследования, включающего компьютерную томографию грудной клетки, проверенные опросники для оценки стресса, измерение уровня кортизола и маркеров аллостатической нагрузки – кумулятивного физиологического и психологического воздействия хронического стресса на организм.

Такое редкое сочетание визуализационных, биохимических и психосоциальных данных сделало эту когорту оптимальной и, вероятно, единственной для разработки визуализационного биомаркера хронического стресса.

Исследователи ретроспективно применили свою модель глубокого обучения к компьютерной томографии для сегментации и расчета объема надпочечников. Индекс объема надпочечников (ИОН) определялся как объём (см³), делённый на рост² (м²). Уровень кортизола в слюне измерялся восемь раз в день в течение двух дней. Аллостатическая нагрузка рассчитывалась на основе индекса массы тела, уровня креатинина, гемоглобина, альбумина, глюкозы, количества лейкоцитов, частоты сердечных сокращений и артериального давления.

Основные результаты и клиническое значение

Была проведена статистическая оценка связи между индексом объема надпочечников (ИОН) и уровнем кортизола, аллостатической нагрузкой и показателями психосоциального стресса, включая опросники о депрессии и ощущаемом стрессе. Исследователи обнаружили, что индекс объема надпочечников, полученный с помощью искусственного интеллекта, коррелирует с проверенными опросниками стресса, уровнем циркулирующего кортизола и неблагоприятными сердечно-сосудистыми исходами в будущем.

Более высокий индекс объема надпочечников был связан с повышенным уровнем кортизола, пиковым уровнем кортизола и аллостатической нагрузкой. У участников с высоким уровнем воспринимаемого стресса индекс объема надпочечников был выше, чем у участников с низким уровнем стресса. Индекс объема надпочечников также был связан с более высоким индексом массы левого желудочка.

Каждое увеличение индекса объема надпочечников на 1 см3/м2 было связано с повышением риска сердечной недостаточности и смертности.

“Получив данные наблюдений за нашими участниками в течение 10 лет, мы смогли сопоставить полученный с помощью искусственного интеллекта индекс объема надпочечников с клинически значимыми и релевантными результатами”, – говорит доктор Готби. “Это первый визуализационный маркер хронического стресса, который был подтвержден и показал независимое влияние на исходы, связанные с сердечно-сосудистыми заболеваниями, а именно на сердечную недостаточность”.

“Уже более трех десятилетий мы знаем, что хронический стресс может истощать многие системы организма”, – говорит доктор Тереза Э. Симан, соавтор исследования и профессор эпидемиологии в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, одна из первых исследователей в области стресса и здоровья.

“Эта работа интересна тем, что она связывает такой обычный показатель визуализации, как объем надпочечников, с проверенными биологическими и психологическими показателями стресса и показывает, что он независимым образом предсказывает важный клинический исход. Это настоящий шаг вперед в практическом применении кумулятивного воздействия стресса на здоровье”.

Как отмечает доктор Демехри, связывая легко измеряемую функцию визуализации с несколькими проверенными показателями стресса и сопутствующих заболеваний, это исследование открывает совершенно новый, практичный способ количественной оценки хронического стресса.

“Ключевое значение этой работы заключается в том, что этот биомаркер можно получить с помощью компьютерной томографии, которая широко применяется для разных целей”.

“Во-вторых, это физиологически обоснованный показатель объёма надпочечников, который является частью каскада физиологических реакций при хроническом стрессе”, – говорит доктор Демехри.

Исследователи заявили, что визуализационный биомаркер может быть использован при различных заболеваниях, связанных с хроническим стрессом у людей среднего и пожилого возраста.

Подпишитесь на сайт Психолог в интернете
в Telegram или ВКонтакте.
Помощь психолога