अल्जाइमर रोग के सूक्ष्म लक्षण निदान से दशकों पहले उभर सकते हैं – अक्सर अनियमित व्यवहार के रूप में जो मस्तिष्क की शिथिलता के बहुत प्रारंभिक चरण को दर्शाते हैं।
लेकिन अब तक, इन मामूली व्यवहारिक परिवर्तनों को वैज्ञानिक तरीके से पहचानना और मापना संभव नहीं हो पाया है, चूहों में अल्जाइमर का अध्ययन करते समय भी नहीं।
में प्रकाशित एक अध्ययन में सेल रिपोर्ट, ग्लैडस्टोन इंस्टीट्यूट्स के वैज्ञानिकों की एक टीम ने चूहों में शुरुआती बीमारी के अन्यथा न पहचाने जा सकने वाले संकेतों को पहचानने के लिए एक नए वीडियो-आधारित मशीन लर्निंग टूल का उपयोग किया, जिसे अल्जाइमर के प्रमुख पहलुओं की नकल करने के लिए इंजीनियर किया गया था। उनका काम वर्तमान संभव समय से पहले न्यूरोलॉजिकल बीमारी की पहचान करने और समय के साथ यह कैसे विकसित होता है, इस पर नज़र रखने के लिए एक नई रणनीति पर प्रकाश डालता है।
अध्ययन के वरिष्ठ लेखक, ग्लैडस्टोन अन्वेषक जॉर्ज पालोप, पीएचडी कहते हैं, “हमने मशीन लर्निंग में क्रांति लाने की क्षमता दिखाई है कि हम मस्तिष्क समारोह में शुरुआती असामान्यताओं का संकेत देने वाले व्यवहारों का विश्लेषण कैसे करते हैं।” “हमने एक मूल्यवान उपकरण का लाभ उठाया जो विनाशकारी मस्तिष्क विकारों की अधिक संपूर्ण समझ का द्वार खोलता है और वे कैसे शुरू होते हैं।”
वैज्ञानिकों ने एक खुले क्षेत्र की खोज करने वाले चूहों के वीडियो फुटेज का विश्लेषण करने के लिए VAME नामक एक मशीन लर्निंग प्लेटफॉर्म का उपयोग किया, जिसका संक्षिप्त रूप “वैरिएशनल एनिमल मोशन एंबेडिंग” है। ओपन-सोर्स टूल ने कैमरे पर कैप्चर किए गए सूक्ष्म व्यवहार पैटर्न की पहचान की – ऐसे परिवर्तन जो केवल चूहों को देखने से ध्यान में नहीं आ सकते हैं।
अव्यवस्थित व्यवहार पर नज़र रखना
VAME का गहन शिक्षण प्लेटफ़ॉर्म चूहों में पारंपरिक व्यवहार परीक्षणों के विपरीत है, जो अक्सर पूर्वनिर्धारित कार्यों पर केंद्रित होता है जिन्हें जानवरों को पूरा करने की चुनौती दी जाती है।
उन परीक्षणों की सीमाओं के बीच, वे बीमारी के कारण होने वाले सहज व्यवहारिक परिवर्तनों की पूरी श्रृंखला को पकड़ नहीं सकते हैं – विशेष रूप से शुरुआती चरणों में, ग्लेडस्टोन के स्टाफ वैज्ञानिक और अध्ययन के पहले लेखक स्टेफनी मिलर, पीएचडी बताते हैं। उनमें स्केलेबिलिटी की भी कमी होती है और वे अक्सर श्रम-गहन तरीकों पर भरोसा करते हैं।
VAME का उपयोग करके ग्लैडस्टोन अध्ययन के लिए, टीम ने दो प्रकार के चूहों का मूल्यांकन किया जिन्होंने अल्जाइमर के विभिन्न पहलुओं का अनुकरण किया। दोनों मॉडलों में, मशीन लर्निंग टूल ने चूहों की उम्र बढ़ने के साथ-साथ “अव्यवस्थित व्यवहार” के काफी बढ़े हुए स्तर की पहचान की। उदाहरण के लिए, चूहों ने व्यवहार के असामान्य पैटर्न प्रदर्शित किए और विभिन्न गतिविधियों के बीच अधिक बार संक्रमण किया – ऐसे कारक जो स्मृति और ध्यान की कमी से जुड़े हो सकते हैं।
मिलर कहते हैं, “मानवों में सहज व्यवहार का अध्ययन करने के लिए एक दिन इसी तरह की मशीन लर्निंग दृष्टिकोण का उपयोग किया जा सकता है, जो संभावित रूप से न्यूरोलॉजिकल रोगों का शीघ्र निदान प्रदान करता है,” मिलर कहते हैं, यह देखते हुए कि स्मार्टफोन-गुणवत्ता वाला वीडियो VAME विश्लेषण के लिए पर्याप्त है। “मैं कल्पना करता हूं कि इस तकनीक का उपयोग क्लिनिक और यहां तक कि उनके घरों में मरीजों का आकलन करने के लिए किया जाएगा। यह वैज्ञानिकों और डॉक्टरों को बीमारी के प्रीक्लिनिकल चरणों के निदान की बहुत कठिन समस्या को हल करने का एक तरीका देता है।”
मिलर ने VAME के साथ कई साल पहले प्रयोग करना शुरू किया था जब तकनीक अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में थी। उन्होंने और पालोप ने जर्मनी में स्टीफन रेमी, एमडी की टीम के साथ सहयोग किया, जिसने शुरुआत में मंच विकसित किया। साथ में, उन्होंने प्रकाशित एक अध्ययन में तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान के लिए VAME की उपयोगिता को प्रदर्शित करने में मदद की संचार जीवविज्ञान.
संभावित उपचार का मूल्यांकन
अपने नए अध्ययन में एक और आयाम जोड़ते हुए, ग्लैडस्टोन टीम ने यह जानने के लिए VAME का उपयोग किया कि क्या अल्जाइमर के लिए संभावित चिकित्सीय हस्तक्षेप चूहों में अव्यवस्थित व्यवहार को रोक देगा।
वैज्ञानिकों ने ग्लैडस्टोन अन्वेषक कतेरीना अकासोग्लू, पीएचडी के पूर्व शोध का लाभ उठाया, जिन्होंने पाया कि फाइब्रिन नामक रक्त का थक्का जमाने वाला प्रोटीन क्षतिग्रस्त रक्त वाहिकाओं के माध्यम से मस्तिष्क में लीक होने पर विषाक्त प्रभाव का एक झरना बनाता है। फाइब्रिन के विषाक्त प्रभावों को अवरुद्ध करके, अकासोग्लू की प्रयोगशाला न्यूरोडीजेनेरेशन को रोकने में सक्षम है जो संज्ञानात्मक गिरावट का कारण बनती है और जानवरों में अल्जाइमर से रक्षा करती है।
यह पता लगाने के लिए कि क्या यह चिकित्सीय रणनीति चूहों को अल्जाइमर से जुड़े व्यवहार से बचा सकती है, टीम ने मस्तिष्क में विषाक्त सूजन को ट्रिगर करने से फाइब्रिन को आनुवंशिक रूप से अवरुद्ध कर दिया। इस हस्तक्षेप से अल्जाइमर चूहों में असामान्य व्यवहार का विकास कम हो गया।
“यह देखना अत्यधिक उत्साहजनक था कि मस्तिष्क में फ़ाइब्रिन की सूजन संबंधी गतिविधि को अवरुद्ध करने से अल्जाइमर चूहों में लगभग सभी सहज व्यवहार परिवर्तन कम हो गए, यह पुष्टि करते हुए कि फ़ाइब्रिन और इसके परिणामस्वरूप होने वाली न्यूरोइन्फ्लेमेशन बीमारी के प्रमुख चालक हैं,” अकासोग्लू कहते हैं, जो एक लेखक भी हैं। अध्ययन। “मशीन लर्निंग प्रयोगशाला में संभावित उपचारों का मूल्यांकन करने के लिए एक निष्पक्ष तरीका प्रदान कर सकता है – और मेरा मानना है कि यह अंततः एक अमूल्य नैदानिक उपकरण भी बन सकता है।”
पालोप और मिलर अब अन्य ग्लैडस्टोन टीमों के साथ काम कर रहे हैं जो नए व्यवहार संबंधी अध्ययनों के लिए VAME तकनीक को नियोजित करने में मदद करने के लिए न्यूरोलॉजिकल रोग का अध्ययन करते हैं।
मिलर कहते हैं, “मेरा लक्ष्य इस उपकरण और इसी तरह के तरीकों को जीवविज्ञानियों और चिकित्सकों के लिए अधिक सुलभ बनाना है ताकि शक्तिशाली नई दवाओं को विकसित करने में लगने वाले समय को कम किया जा सके।”
अध्ययन के बारे में
अध्ययन, “मशीन लर्निंग मानवीकृत और ट्रांसजेनिक अल्जाइमर रोग मॉडल में प्रमुख सहज व्यवहार परिवर्तन और उपचार प्रभावकारिता का खुलासा करता है,” 26 नवंबर के अंक में दिखाई देता है। सेल रिपोर्ट. Authors include Stephanie Miller, Kevin Luxem, Kelli Lauderdale, Pranav Nambiar, Patrick Honma, Katie Ly, Shreya Bangera, Mary Bullock, Jia Shin, Nick Kaliss, Yuechen Qiu, Catherine Cai, Kevin Shen, K. Dakota Mallen, Zhaoqi Yan, Andrew Mendiola, Takashi Saito, Takaomi Saido, Alexander Pico, Reuben Thomas, Erik Roberson, Katerina Akassoglou, Pavol Bauer, Stefan Remy, and Jorge Palop.
