Сотрудники Курчатовского института создают передовой способ обнаружения первых симптомов ишемического инсульта (церебрального инфаркта) с использованием данных ДНК. Применяя технологии искусственного интеллекта и нейросетевые алгоритмы, эксперты обработали сведения о тысячах пациентов и обнаружили множество генетических вариаций, имеющих отношение к этому опасному состоянию. Параллельно ученые исследуют возможности коррекции этих нарушений посредством пептидной терапии.

Роль искусственного интеллекта в диагностике инсульта

Специалисты из лаборатории молекулярной генетики Курчатовского НБИКС-центра природоподобных технологий представили новый подход, позволяющий выявлять ранние признаки церебральной ишемии. Кроме того, ими была предложена схема лечения с использованием пептидных соединений. Результаты работы опубликованы в авторитетных международных научных журналах.

Как отмечают исследователи, инсульт представляет собой серьезную патологию, обусловленную отмиранием мозговых тканей из-за внезапного прекращения кровотока. Это заболевание входит в число основных причин смертности и потери трудоспособности. Альтернативное его название — мозговой инфаркт.

В качестве диагностических критериев ученые предложили использовать выявленные ими генетические индикаторы. Это особенно значимо, поскольку наследственные факторы могут быть причиной до 40% случаев заболевания.

Гены, связанные с риском развития инсульта, были определены в ходе масштабного анализа данных с применением ИИ-алгоритмов. В отличие от классических методов, которые рассматривают каждый маркер по отдельности, нейросети оценивают совокупное влияние множества генетических факторов. В результате удалось выявить свыше 100 значимых признаков, многие из которых обнаружены впервые.

— Мы применяли как контролируемое, так и неконтролируемое машинное обучение. Первый подход помогает создавать прогностические модели для классификации пациентов, а затем ранжировать генетические участки по степени их влияния на заболевание. Второй метод группирует локусы на основе их взаимосвязей, — пояснил ведущий специалист лаборатории Геннадий Хворых.

Особое внимание в работе уделялось роли воспаления при инсульте, добавил научный сотрудник Андрей Хрунин.

— Воспалительные процессы играют ключевую роль в развитии атеросклероза, тромбоза и патологий мелких мозговых сосудов — основных механизмов, провоцирующих различные формы инсульта. Наши расчеты показали, что в этом процессе участвуют около 1300 генов, — уточнил эксперт.

Способы реабилитации после повреждений мозга

Ученые также проанализировали изменения в активности генов при нарушении мозгового кровообращения, используя животных моделей. Это позволило отследить, как подавляются гены, отвечающие за нейронную передачу, и активируются гены воспалительного ответа.

— Мы также исследовали возможность коррекции этих нарушений с помощью пептидных соединений. В частности, изучили влияние двух синтетических нейроактивных пептидов на мозг лабораторных крыс в условиях, моделирующих ишемию и последующее восстановление, — рассказал старший научный сотрудник Иван Филиппенков.

Наибольший восстановительный эффект наблюдался в лобной коре, где расположены клетки с высоким регенеративным потенциалом. Кроме того, пептиды стимулировали активность нейроглии — вспомогательных клеток мозга, которые поддерживают работу нейронов. Таким образом, эти соединения способствуют восстановлению после инсульта.

Преимущество пептидной терапии, по словам специалиста, заключается в ее мягком воздействии без побочных реакций. Эти соединения одновременно защищают нейроны и уменьшают воспаление, что критически важно при инсульте, поражающем как нервную, так и иммунную системы.

На основе полученных результатов разработана методика поиска генетических маркеров мозгового инфаркта. Ученым удалось не только выявить гены риска, но и установить их связь с особенностями течения заболевания.

— Главная цель исследования — создание диагностической панели для клинического использования. Это позволит не только оценивать предрасположенность к инсульту, но и прогнозировать тяжесть его течения, что необходимо для разработки персонализированных методов лечения, — отметила руководитель лаборатории Светлана Лимборская.

В перспективе эта методика может стать мостом между фундаментальной наукой и практической медициной.

Перспективы применения нейросетей в медицине

— По мере развития генетики выявляются все более сложные закономерности, для анализа которых требуются современные вычислительные методы. Использование ИИ для поиска генетических маркеров полностью оправдано, учитывая необходимость обработки колоссальных объемов данных, — подчеркнул эксперт Дмитрий Полев.

Он объяснил, что ДНК представляет собой последовательность из миллиардов нуклеотидов, обозначаемых буквами A, T, G, C. Даже незначительные изменения в этом коде могут влиять на работу генов, связанных с инсультом. Только с помощью ИИ возможно эффективно анализировать эти данные.

— Все чаще исследователи комбинируют генетические данные, клинические показатели и алгоритмы машинного обучения для комплексного понимания заболеваний. Работа курчатовских ученых — яркий пример такого подхода, — добавил эксперт Максим Шараев.

По его словам, интеграция различных диагностических методов приближает эру персонализированной медицины, где решения будут приниматься на основе комплексного анализа данных с помощью объяснимых ИИ-систем.

— В этом проекте искусственный интеллект выступает не просто как инструмент обработки данных, а как полноценный соисследователь, выявляя скрытые закономерности, которые человек мог бы упустить, — отметила специалист Анна Пятаева.

Она также подчеркнула, что нейросети помогают раскрывать молекулярные механизмы воспаления, что в перспективе позволит создавать более точные методы диагностики и лечения.