یادگیری ماشین نشان می‌دهد عدم تقارن مغز در اسکیزوفرنی چگونه مختل می‌شود
بیش از یک قرن است که دانشمندان احتمال می‌دهند اسکیزوفرنی اثری قابل تشخیص بر یکی از متمایزترین ویژگی‌های مغز انسان، یعنی عدم تقارن آن، بر جای می‌گذارد. معمولاً نیمکره چپ در نواحی مرتبط با زبان اندکی بزرگ‌تر است، در حالی که نیمکره راست در بخش‌هایی که مسئول توجه و پردازش فضایی هستند غلبه دارد. این جانبی‌شدن سازمان عصبی یکی از ویژگی‌های شاخص رشد معمول مغز به شمار می‌رود. اکنون یکی از بزرگ‌ترین پژوهش‌های انجام‌شده درباره این موضوع تأیید کرده است که این تقارن در افراد مبتلا به اسکیزوفرنی به‌طور قابل اندازه‌گیری مختل می‌شود؛ اما نکته مهم این است که الگوی این اختلال به زیرگونه کالبدشناختی عصبی بیماری و احتمالاً تبار جمعیتی بیمار بستگی دارد؛ موضوعی که شاید بتواند تناقض‌های چند دهه پژوهش در این زمینه را توضیح دهد.
این مطالعه که در BMC Medicine منتشر شده است، اسکن‌های ساختاری مغز ۱۷۶۱ فرد مبتلا به اسکیزوفرنی و ۱۵۱۳ فرد سالم را بررسی کرد. شرکت‌کنندگان عمدتاً از گروه‌های جمعیتی شرق آسیا در چندین مرکز پژوهشی چین انتخاب شده بودند. گروه پژوهش به سرپرستی لو جین، ژائویون لیو و شیائو چانگ و با نویسندگی مسئول یوچائو جیانگ از دانشگاه شنژن، یک فرایند استاندارد پردازش تصاویر را روی داده‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی T1-weighted اعمال کرد و عدم تقارن نواحی مختلف مغز را در سه شاخص کالبدشناختی اندازه گرفت: ضخامت قشر مغز، مساحت سطح قشر و حجم ساختارهای زیرقشری. این رویکرد چندشاخصی اهمیت دارد، زیرا عدم تقارن یک ویژگی واحد مغز نیست؛ ممکن است یک ناحیه در ضخامت قشر، سوگیری معمول به سمت چپ را نشان دهد، اما از نظر حجم متقارن باقی بماند و هر یک از این شاخص‌ها نیز می‌توانند فرایندهای متفاوت رشدی یا تخریبی را ثبت کنند.
پژوهشگران برای محاسبه عدم تقارن، شاخصی را برای هر ناحیه مغز محاسبه کردند که در اصل مقدار هر شاخص در نیمکره چپ را با مقدار متناظر آن در نیمکره راست مقایسه و نتیجه را بر مجموع دو مقدار مقیاس‌بندی می‌کرد. هنگامی که بیماران را در کل نمونه با افراد سالم مقایسه کردند، سه تفاوت پایدار پس از سخت‌گیرانه‌ترین اصلاح آماری، یعنی اصلاح بونفرونی در سطح p < 0.001، باقی ماند. در بیماران، عدم تقارن به سمت چپ در شکنج پیشانی میانی روسترال کاهش یافته بود؛ ناحیه‌ای از لوب پیشانی که در کنترل اجرایی و حافظه کاری نقش دارد. همچنین عدم تقارن به سمت راست در قشر اوربیتوفرونتال میانی کاهش یافته بود؛ ناحیه‌ای که در تنظیم هیجان و تصمیم‌گیری مشارکت دارد. در مقابل، عدم تقارن به سمت راست در آمیگدال، ساختار عمقی لوب تمپورال که نقش محوری در پردازش تهدید و برجستگی هیجانی دارد، افزایش یافته بود.
این سه یافته از آن جهت قابل توجه‌اند که به نواحی‌ای مربوط می‌شوند که ارتباط آن‌ها با علائم اصلی بیماری از نظر زیستی قابل توجیه است. اختلال‌های پیشانی با علائم شناختی و منفی که از دیرباز با عملکرد نامناسب لوب پیشانی مرتبط دانسته شده‌اند، همخوانی دارند و تغییر عدم تقارن آمیگدال نیز با اختلال‌های هیجانی و ادراکی شاخص روان‌پریشی هم‌راستا است. با این حال، پژوهشگران تأکید می‌کنند که اندازه این اثرها کوچک است. این نکته برای این حوزه اهمیت اساسی دارد: تفاوت‌های فردی در عدم تقارن مغز در اسکیزوفرنی آن‌قدر ظریف هستند که مطالعات کوچک، که برای دهه‌ها بر ادبیات پژوهشی غالب بوده‌اند، ممکن است به‌سادگی آن‌ها را شناسایی کنند، از دست بدهند یا بر اثر شانس به نتایجی برسند که در واقع پایدار نیستند. همین مسئله می‌تواند تناقض‌هایی را که از دوران مطالعات پس از مرگ گریبان پژوهش‌های عدم تقارن مغز را گرفته است، توضیح دهد.
مشکل این ناهمخوانی زمانی روشن‌تر شد که تیم پژوهشی نتایج خود را با یافته‌های پیشین حاصل از گروه‌های جمعیتی غربی مقایسه کرد؛ مطالعاتی که بیش از ۵۰۰۰ بیمار مبتلا به اسکیزوفرنی را دربر می‌گرفت و با تلاش گسترده کنسرسیوم ENIGMA مرتبط بود. این مقایسه تنها شباهت متوسطی را در عدم تقارن مساحت سطح قشر مغز نشان داد؛ ضریب همبستگی r = 0.36 بود و این رابطه در سطح p = 0.02 از نظر آماری معنادار بود. اما در مورد ضخامت قشر و حجم ساختارهای زیرقشری، هیچ همبستگی معناداری میان نقشه‌های عدم تقارن در گروه‌های شرق آسیایی و غربی مشاهده نشد. به بیان دیگر، به نظر می‌رسد الگوی عدم تقارن مغز در اسکیزوفرنی تا حدی به جمعیت مورد مطالعه وابسته است؛ نتیجه‌ای که برای نحوه طراحی و تعمیم نشانگرهای زیستی مبتنی بر تصویربرداری عصبی در سراسر جهان پیامدهای مهمی دارد.
تبار جمعیتی تنها منبع ناهمگونی مورد بررسی در این مطالعه نبود. اسکیزوفرنی بیش از پیش نه به‌عنوان یک بیماری واحد مغزی، بلکه به‌صورت طیفی از شرایط متمایز از نظر زیست‌شناختی عصبی درک می‌شود که در عین تفاوت‌هایشان، یک عنوان بالینی مشترک دارند. پژوهشگران برای بررسی این موضوع به الگوریتم یادگیری ماشینی «استنباط زیرگونه و مرحله» یا SuStaIn روی آوردند؛ الگوریتمی که پیش‌تر برای استخراج زیرگونه‌های کالبدشناختی عصبی اسکیزوفرنی از الگوهای تغییرات ساختاری مغز به کار رفته بود. SuStaIn با مدل‌سازی نحوه همزیستی الگوهای مختلف تغییرات مغزی در یک مجموعه داده، گروه‌های پنهان و مرحله پیشرفت در مسیر هر گروه را استنباط می‌کند و برای سنجش عدم قطعیت از روش‌هایی از جمله برآورد مونت‌کارلو با زنجیره مارکوف استفاده می‌کند. هنگامی که بیماران مبتلا به اسکیزوفرنی در این مطالعه بر اساس زیرگونه‌هایی که پیش‌تر به دست آمده بودند دسته‌بندی شدند، تفاوت‌های تازه‌ای در عدم تقارن مغز آشکار شد که در تحلیل یکپارچه بیماران و افراد سالم قابل مشاهده نبود.
مقایسه زیرگونه‌ها که پس از اصلاح بونفرونی در سطح p < 0.05 اصلاح شده بود، تفاوت‌هایی را در لوب‌های تمپورال و پاریتال، شکنج پیش‌مرکزی و هسته دمدار نشان داد. یافته‌های مربوط به لوب تمپورال به‌ویژه قابل تأمل‌اند، زیرا ساختارهای تمپورال، از جمله شکنج تمپورال فوقانی و قشر ارتباطی شنوایی، بارها با توهم‌های شنیداری کلامی مرتبط دانسته شده‌اند؛ توهم‌هایی که از شاخص‌ترین علائم اسکیزوفرنی هستند. هسته دمدار نیز که یکی از گره‌های اصلی مدار استریاتال در تنظیم پیام‌رسانی دوپامین است، مستقیماً در چارچوب مدل‌های غالب عصب‌شیمیایی روان‌پریشی قرار می‌گیرد. تفاوت عدم تقارن این نواحی میان زیرگونه‌هایی که با یادگیری ماشین شناسایی شده‌اند، نشان می‌دهد انحراف رشدی عصبیِ زیربنای اختلال عدم تقارن ممکن است در بیماران مختلف مسیرهای متفاوتی را طی کند.
شاید از نظر بالینی جذاب‌ترین نتیجه مطالعه به قشر سینگولیت قدامی مربوط باشد؛ ناحیه‌ای که در سطح داخلی لوب پیشانی قرار گرفته و در پایش تعارض، انگیزش و تشخیص خطا نقش دارد. پژوهشگران دریافتند رابطه میان عدم تقارن حجم قشر سینگولیت قدامی و شدت علائم منفی، یعنی ویژگی‌های مرتبط با بی‌انگیزگی و کناره‌گیری اجتماعی در اسکیزوفرنی که به داروهای موجود نیز پاسخ ضعیفی می‌دهند، در زیرگونه‌های مختلف کالبدشناختی عصبی به‌طور معناداری متفاوت است. این نتیجه با آزمون جایگشت در سطح p < 0.05 تأیید شد. در عمل، یک میزان یکسان از عدم تقارن در قشر سینگولیت ممکن است بسته به زیرگونه‌ای که بیمار به آن تعلق دارد، معنای متفاوتی از نظر پیش‌آگهی یا علائم داشته باشد. چنین تعامل میان ساختار مغز و تظاهر بالینی، مشروط به گروه‌بندی زیست‌شناختی عصبی پنهان، دقیقاً همان چیزی است که روان‌پزشکی دقیق می‌کوشد از آن بهره بگیرد.
نتایج این مطالعه فرضیه‌ای با ریشه‌های تاریخی عمیق را گسترش می‌دهد. این ایده که اسکیزوفرنی با عدم تقارن غیرطبیعی نیمکره‌های مغز ارتباط دارد، از سوی پژوهشگرانی مطرح شد که به ارتباط میان این بیماری، راست‌دستی یا چپ‌دستی و جانبی‌شدن زبان توجه کرده بودند و استدلال می‌کردند شاید اسکیزوفرنی بهایی باشد که Homo sapiens برای داشتن مغزی جانبی‌شده و مسلط به زبان می‌پردازد. یافته‌های جدید نه این ایده را به‌طور کامل تأیید می‌کنند و نه آن را رد؛ بلکه آن را دقیق‌تر می‌سازند. تغییرات عدم تقارن در اسکیزوفرنی واقعی‌اند و در نواحی مشخصی از پیشانی، اوربیتوفرونتال و آمیگدال، هنگامی که در مقیاس بزرگ بررسی شوند، از نظر آماری استحکام دارند؛ اما اندازه آن‌ها محدود است و بروز آن‌ها هم از زیرگونه کالبدشناختی عصبی و هم از پیشینه تبار جمعیتی تأثیر می‌پذیرد. داده‌ها نشان می‌دهند که یک نشانگر واحد و جهانی برای عدم تقارن مغز در اسکیزوفرنی وجود ندارد.
برای این حوزه، درس‌های روش‌شناختی این پژوهش ممکن است به اندازه یافته‌های زیستی آن اهمیت داشته باشند. نمونه‌های بزرگ و هماهنگ‌شده با فرایندهای استاندارد پیش‌پردازش می‌توانند اثرهایی را آشکار کنند که مطالعات کوچک طی دهه‌ها بر سر آن‌ها اختلاف داشته‌اند. دسته‌بندی زیرگونه‌ها با یادگیری ماشین می‌تواند ناهمگونی‌هایی را آشکار کند که در تحلیل تجمیعی پنهان می‌مانند و به این ترتیب، تناقض‌های ظاهری را به تغییرات ساختاریافته و قابل تفسیر تبدیل کند. همچنین مقایسه میان جمعیت‌های مختلف، که هنوز در تصویربرداری عصبی روان‌پزشکی نسبتاً نادر است، برای آن ضروری است که یافته‌های حاصل از گروه‌های عمدتاً غربی به ابزارهای بالینی قابل استفاده در دیگر نقاط جهان تبدیل شوند. با افزایش مجموعه‌داده‌های تصویربرداری عصبی و بلوغ الگوریتم‌های زیرگونه‌بندی، عدم تقارن مغز انسان که زمانی موضوعی حاشیه‌ای در عصب‌روان‌شناسی بود، اکنون به محوری قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌شود که می‌توان از طریق آن زیست‌شناسی عصبی اسکیزوفرنی و شاید بیماری‌های روان‌پزشکی به‌طور کلی‌تر را با دقتی تازه ترسیم کرد.
موضوع پژوهش: تغییرات عدم تقارن ساختاری مغز در اسکیزوفرنی در زیرگونه‌های کالبدشناختی عصبی شناسایی‌شده با یادگیری ماشین
عنوان مقاله: بازنگری عدم تقارن مغز در اسکیزوفرنی: بینش‌هایی از زیرگونه‌های شناسایی‌شده با یادگیری ماشین در ۱۷۶۱ بیمار
منابع مقاله: «بازنگری عدم تقارن مغز در اسکیزوفرنی: بینش‌هایی از زیرگونه‌های شناسایی‌شده با یادگیری ماشین در ۱۷۶۱ بیمار». (بدون تاریخ). https://doi.org/10.1186/s12916-026-05318-5
اعتبار تصویر: تولیدشده با هوش مصنوعی