KTU mokslininkas su tarptautiniu tyrėjų tinklu tobulins smegenų kamieno MRT

Šiuolaikinė magnetinio rezonanso tomografija (MRT) leidžia pažvelgti giliai į žmogaus smegenis, tačiau net ir jai kai kurios struktūros vis dar kelia iššūkių. Viena jų – smegenų kamienas, kuriame telpa daugybė itin smulkių, gyvybiškai svarbias funkcijas valdančių struktūrų. 

Kauno technologijos universiteto Informatikos fakulteto (KTU IF) profesorius Rytis Maskeliūnas kartu su tarptautiniu tyrėjų tinklu ieškos būdų, kaip, pasitelkus pažangesnius MRT metodus ir dirbtinį intelektą (DI), šią smegenų sritį ištirti tiksliau ir ateityje iš MRT vaizdų gauti daugiau informacijos apie joje vykstančius pokyčius.

Smegenų kamienas jungia didžiąsias smegenis su nugaros smegenimis ir atlieka svarbų vaidmenį reguliuojant daugelį organizmo funkcijų – kvėpavimą, širdies ritmą, kraujospūdį, rijimą, miegą ir budrumą. Per jį taip pat eina nerviniai keliai, kuriais perduodama jutiminė informacija ir su judesių valdymu susiję signalai.

„Nepaisant jo svarbos, smegenų kamieną tirti labai sudėtinga: jis yra giliai smegenyse, nedidelis, sudėtingos sandaros, o jame esantys nerviniai ryšiai – glaudžiai susipynę. Be to, tyrinėdami žmogaus smegenis mokslininkai ilgą laiką daugiausia dėmesio skyrė smegenų žievei, siejamai su mąstymu, atmintimi, kalba ir sąmone. Todėl smegenų kamienas iki šiol išlieka mažiau ištirtas“, – pasakoja prof. R. Maskeliūnas.

Vis dėlto šiandien smegenų kamienui skiriama vis daugiau mokslininkų dėmesio. Jo struktūros ir veiklos pokyčiai gali būti susiję su neurologinėmis ligomis, insultu ar kitais nervų sistemos pažeidimais, taip pat miego, kvėpavimo, judėjimo ir sąmonės sutrikimais.

„Tyrinėjant smegenų kamieną galima geriau suprasti, kaip smegenys ir organizmas reaguoja į ligas bei senėjimą ir kodėl žmonėms pasireiškia įvairūs neurologiniai simptomai. Tokie tyrimai ateityje gali padėti anksčiau pastebėti sveikatos sutrikimus, tiksliau nustatyti jų priežastis ir ieškoti veiksmingesnių gydymo būdų“, – sako R. Maskeliūnas.

Tikslesnis smegenų kamieno MRT

KTU profesoriaus teigimu, įprastas MRT leidžia pamatyti bendrą smegenų kamieno vaizdą ir nustatyti didesnius pažeidimus, tačiau jo raiškos ne visada pakanka smulkioms, greta esančioms struktūroms aiškiai atskirti. Tyrimą apsunkina ir smegenų kamieno padėtis arti kaukolės pagrindo – dėl kaulų ir oro pripildytų ertmių MRT vaizduose gali atsirasti iškraipymų ir artefaktų.

Be to, smegenų kamiene gausu skirtingomis kryptimis einančių nervinių skaidulų, todėl vien anatominio vaizdo ne visada pakanka jų išsidėstymui ir tarpusavio ryšiams įvertinti.

„Prie šių klausimų dirbsime tarptautinėje „ImagingBrainstemHealth“ veikloje, vykdomoje pagal COST – Europos bendradarbiavimo mokslo ir technologijų srityje – programą. Ji vienija skirtingų sričių mokslininkus, o mūsų visų – tiek medikų, tiek DI specialistų – tikslas yra ieškoti būdų, kaip, pasitelkus DI, įveikti smegenų kamieno MRT tyrimų iššūkius ir sudaryti galimybes šią smegenų sritį tirti išsamiau“, – dalijasi R. Maskeliūnas.

Mokslininkai sieks suderinti smegenų kamieno MRT tyrimo metodus, nustatyti geriausias vaizdinimo ir duomenų analizės praktikas bei kurti tikslesnius šios smegenų srities žemėlapius.

„Paprastai tariant, tikslas – pereiti nuo „matome smegenų kamieną“ prie „galime jį tiksliai išmatuoti, suskirstyti į atskiras struktūras, palyginti su kitų žmonių duomenimis ir patikimai nustatyti pokyčius“, – sako jis.

Įprastas galvos MRT klinikose pirmiausia atliekamas siekiant nustatyti aiškiau matomus pakitimus, pavyzdžiui, navikus, insulto ar kraujavimo požymius, išsėtinės sklerozės židinius ir kitus struktūrinius pažeidimus. Mokslininkai šiuo atveju orientuosis į smulkių smegenų kamieno struktūrų matavimą ir kiekybinę analizę.

„Svarbu ir tai, kad nesiekiame sukurti metodo, kurį būtų galima taikyti tik naudojant itin brangų 7 T MRT aparatą. Viena pagrindinių krypčių – išsiaiškinti, kaip pažangesnius smegenų kamieno tyrimo metodus, pasitelkiant ir DI, pritaikyti standartinėse klinikinėse MRT sistemose, dažniausiai naudojamose ligoninėse“, – pažymi KTU profesorius.

Biomarkeriai – ankstyviems ligos požymiams

Smegenų kamieno biomarkeris – tai išmatuojamas MRT vaizdo požymis, galintis parodyti, kad tam tikroje smegenų kamieno struktūroje vyksta su liga susiję biologiniai pokyčiai. Tai gali būti struktūros dydžio sumažėjimas, padidėjęs geležies kiekis, sumažėjęs neuromelanino kiekis ar pakitęs vandens judėjimas audinyje.

„Tokie požymiai ypač svarbūs tiriant neurodegeneracines ligas, nes kai kurie pokyčiai smegenų kamiene gali prasidėti dar prieš pasireiškiant būdingiems klinikiniams simptomams. Pavyzdžiui, sergant Parkinsono liga pažeidžiama juodoji medžiaga – smegenų kamieno dalis, kurioje yra dopaminą gaminančių nervinių ląstelių“, – pasakoja R. Maskeliūnas.

Vis dėlto siekiama ne atrasti vieną stebuklingą požymį, o sukurti patikimą kelių biomarkerių sistemą. Jei tokia sistema būtų patvirtinta, ateityje ji galėtų padėti gydytojams anksčiau pastebėti ligą ir tiksliau įvertinti jos eigą.

„Kol kas apie tokias galimybes galima kalbėti tik teoriškai, tačiau ateityje jos galėtų reikšmingai pakeisti paciento kelią nuo pirmųjų tyrimų iki gydymo. MRT galėtų tapti ne tik priemone akivaizdiems smegenų pažeidimams pamatyti, bet ir būdu kiekybiškai bei tiksliau įvertinti smegenų kamieno būklę“, – teigia jis.

Diagnozuojant ligą toks tyrimas galėtų padėti gydytojui tiksliau nustatyti pakitimų vietą, pobūdį ir jų nuokrypį nuo įprastos būklės. Kartojant tyrimus būtų galima objektyviai stebėti, ar liga progresuoja, jos eiga stabilizuojasi ir kaip pacientas reaguoja į gydymą.

„Ilgalaikėje perspektyvoje tai galėtų sudaryti sąlygas labiau individualizuotam gydymui – sprendimai būtų priimami atsižvelgiant ne tik į simptomus ir bendruosius ligos kriterijus, bet ir į konkretaus paciento smegenų kamieno struktūrinius bei biologinius požymius“, – sako KTU profesorius.  

Sieks suvienodinti MRT tyrimus

R. Maskeliūno teigimu, smegenų kamieno MRT tyrimų standartizavimas svarbus todėl, kad šiandien skirtingose ligoninėse ir mokslinių tyrimų centruose gali skirtis tiek šių tyrimų atlikimo, tiek jų duomenų analizės metodai. Dėl to skirtinguose centruose gautus rezultatus ne visada galima tiesiogiai palyginti.

„Tai ypač svarbu vertinant biomarkerius. Norint nustatyti, kad tam tikra smegenų kamieno struktūra yra, pavyzdžiui, mažesnė nei įprastai, pirmiausia reikia patikimo atskaitos taško, parodančio, kas laikoma norma. Didelis pacientų ir sveikų žmonių duomenų kiekis leistų šią normą apibrėžti tiksliau, atsižvelgiant į amžių, lytį, skirtingas ligas ir kitus individualius skirtumus“, – pažymi jis.

Dideli ir įvairūs duomenų rinkiniai reikalingi ir DI sistemoms kurti. Kuo daugiau kokybiškų MRT tyrimų duomenų jos gauna mokymosi metu, tuo geriau gali atpažinti subtilius ligos požymius, o jų pateikiami rezultatai tampa mažiau priklausomi nuo konkrečios ligoninės ar naudojamo MRT aparato.

„Ateityje gydytojas galėtų atlikti smegenų kamieno MRT pagal aiškias rekomendacijas, o speciali programinė įranga automatiškai įvertintų svarbiausias struktūras ir pateiktų kiekybinius rodiklius. Tai realu, nes tam reikalinga technologinė bazė jau yra gana gerai išvystyta, ypač didžiosiose universitetinėse ligoninėse“, – dalijasi KTU profesorius.

Vis dėlto, pasak jo, kol kas nereikėtų tikėtis, kad DI, analizuodamas MRT duomenis, galės savarankiškai diagnozuoti Parkinsono ar Alzheimerio ligą ir automatiškai parinkti gydymą. Tam dar reikia didelės apimties klinikinių tyrimų, nepriklausomo biomarkerių patvirtinimo, jų jautrumo ir specifiškumo įvertinimo bei klinikinės validacijos. Ne mažiau svarbus ir sveikatos priežiūros institucijų bei gydytojų pripažinimas.