Как можно визуализировать нервные пути в головном мозге, чтобы улучшить планирование сложных операций? Исследовательская группа из Института Ламарра и Боннского университета в сотрудничестве с группой трансляционной нейровизуализации при отделениях нейрорадиологии и эпилептологии Университетской больницы Бонна (UKB) исследовала метод, основанный на искусственном интеллекте, который делает эти реконструкции более точными. Это исследование, недавно опубликованное в журнале NeuroImage: Clinical, в конечном счете может помочь сделать нейрохирургические процедуры более безопасными.

Мозг представляет собой очень сложную сеть нервных клеток, соединенных тонкими проводящими путями, известными как нервные волокна или тракты. Эти связи необходимы для движения, речи, мышления и многих других функций.

Чтобы визуализировать эти структуры, исследователи используют трактографию — метод визуализации, который вычисляет направление нервных путей на основе специализированных МРТ-снимков. Эта информация особенно важна для планирования операций на головном мозге, например, тех, которые проводятся пациентам с эпилепсией, подвергающимся хирургическому вмешательству. При этом при операциях важно, чтобы хирургическая клиника имела в своем штате опытных профессионалов.

Современные методы трактографии основаны на математических моделях, которые определяют расположение нервных путей по данным МРТ. Однако эти методы часто сопряжены с неопределенностями, особенно когда мозг был изменен в результате заболевания или хирургического вмешательства. Именно здесь в игру вступают современные методы искусственного интеллекта: используя машинное обучение, эти системы могут распознавать закономерности и генерировать более точные реконструкции.

Трактография с использованием искусственного интеллекта демонстрирует потенциал, но также и проблемы

В ходе исследования ученые протестировали широко используемый метод искусственного интеллекта под названием TractSeg, первоначально разработанный на здоровом мозге. Команда исследовала, может ли он также работать у пациентов с эпилепсией, перенесших гемисферотомию — хирургическую процедуру, при которой два полушария мозга разъединяются.

Результаты показали, что TractSeg во многих случаях работала хорошо, но также приводила к неожиданным ошибкам: она восстанавливала нервные пути, которые больше не должны были существовать из—за операции — явление, известное как «галлюцинация». В то же время некоторые оставшиеся пути были либо не полностью зафиксированы, либо полностью отсутствовали при реконструкции.

Новый гибридный подход для более точных реконструкций

Чтобы решить эти проблемы, команда разработала новый гибридный метод, который сочетает в себе преимущества искусственного интеллекта и точность данных традиционных методов. Этот подход гарантирует, что восстанавливаются только существующие нервные связи. Результат: больше никаких «галлюцинаций», лучшее обнаружение сохранившихся проводящих путей и в целом более точная реконструкция — даже в здоровом мозге.

Профессор Томас Шульц, главный исследователь в области наук о жизни в Институте Ламарра и профессор Института компьютерных наук Боннского университета, заявил: «Наше исследование демонстрирует как потенциал, так и ограничения трактографии с использованием искусственного интеллекта в клинических приложениях. Сочетание искусственного интеллекта с традиционными методами предлагает многообещающее решение для более точных реконструкций, особенно при работе с данными пациентов, на которые влияют патологические изменения.

«Наша цель — усовершенствовать эти подходы и сделать их применимыми в нейрохирургии в долгосрочной перспективе».