Έξυπνο αίμα: Πώς η Τεχνητή Νοημοσύνη διαβάζει τα σήματα γήρανσης

Μπορεί μια απλή εξέταση αίματος να αποκαλύψει πόσο καλά γερνάμε; Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βιέννης και το Πανεπιστήμιο Nankai στην Κίνα συνδύασαν την προηγμένη μεταβολομική με τεχνικές μηχανικής μάθησης (AI) και ένα νέο εργαλείο μοντελοποίησης δικτύων, ώστε να χαρτογραφήσουν τις μοριακές διεργασίες που καθορίζουν τη «δραστήρια γήρανση». Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό npj Systems Biology and Applications, ανέδειξε την ασπαρτική ως κεντρικό βιοδείκτη φυσικής κατάστασης και αποκάλυψε πώς η σωματική δραστηριότητα αφήνει το αποτύπωμά της στο αίμα.

Από τα τεστ φυσικής κατάστασης στα «δακτυλικά αποτυπώματα» του αίματος

Οι επιστήμονες δημιούργησαν έναν Δείκτη Σωματικής Δραστηριότητας (Body Activity Index – BAI), βασισμένο σε μετρήσεις όπως απόσταση βαδίσματος, τεστ καθίσματος-σηκώματος, δύναμη λαβής και ισορροπία. Παράλληλα, ανέπτυξαν έναν Δείκτη Μεταβολομικής (Metabolomics Index), με βάση τις συγκεντρώσεις 35 μικρών μορίων στο αίμα. Σε 263 δείγματα ηλικιωμένων ατόμων, οι δύο δείκτες παρουσίασαν ισχυρή συσχέτιση (r = 0,85), γεγονός που δείχνει ότι το μοριακό «προφίλ» του αίματος αντικατοπτρίζει άμεσα τη φυσική μας κατάσταση.

Η συμβολή της Τεχνητής Νοημοσύνης

Για να εντοπίσουν τα μοτίβα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν πέντε διαφορετικά μοντέλα μηχανικής μάθησης, από κλασικές στατιστικές μεθόδους μέχρι προχωρημένες τεχνικές όπως Gradient Boosting Machine (GBM), XGBoost και ένα νευρωνικό δίκτυο autoencoder.

Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά: τα μοντέλα μπορούσαν να ξεχωρίσουν «δραστήρια» από «λιγότερο δραστήρια» άτομα με ακρίβεια άνω του 91%. Σε όλες τις αναλύσεις, οκτώ μεταβολίτες ξεχώρισαν ως δείκτες: ασπαρτική, προλίνη, φρουκτόζη, μηλικό οξύ, πυροσταφυλικό οξύ, βαλίνη, κιτρικό οξύ και ορνιθίνη. Ανάμεσά τους, η ασπαρτική αναδείχθηκε ως ο πιο ισχυρός δείκτης, με σταθερά υψηλότερη προβλεπτική αξία.

Το «δίκτυο» του μεταβολισμού και η μέθοδος COVRECON

Η ομάδα χρησιμοποίησε το εργαλείο COVRECON, το οποίο ανακατασκευάζει τα δίκτυα βιοχημικών αλληλεπιδράσεων, εξετάζοντας πώς οι μεταβολίτες ποικίλλουν μεταξύ δραστήριων και μη ατόμων.

Η ανάλυση ανέδειξε δύο ένζυμα-«κόμβους»: την ασπαρτική αμινοτρανσφεράση (AST) και την αλανίνη αμινοτρανσφεράση (ALT). Παρότι γνωστά από τις εξετάσεις ηπατικής λειτουργίας, εδώ φάνηκε ότι παίζουν ρόλο-κλειδί στον τρόπο που η φυσική δραστηριότητα «αναπλάθει» τον μεταβολισμό. Σε διάστημα έξι μηνών, οι τιμές AST και ALT εμφάνισαν μεγαλύτερες διακυμάνσεις στους πιο δραστήριους συμμετέχοντες, γεγονός που υποδηλώνει μεγαλύτερη μεταβολική ευελιξία.

Σύνδεση με την υγεία του εγκεφάλου

Η ασπαρτική δεν είναι απλώς ενδιάμεσο μεταβολικό μόριο. Στον εγκέφαλο λειτουργεί και ως πρόδρομος νευροδιαβιβαστών, ενεργοποιώντας τους NMDA υποδοχείς που σχετίζονται με μάθηση και μνήμη. Αυτό δημιουργεί έναν πιθανό δεσμό ανάμεσα στη σωματική δραστηριότητα και την προστασία από τη γνωστική παρακμή.

Ανεξάρτητες μελέτες έχουν δείξει ότι χαμηλά επίπεδα AST και ALT στη μέση ηλικία ή αυξημένος λόγος AST/ALT συνδέονται με αυξημένο κίνδυνο για Alzheimer και άνοια. Η παρούσα έρευνα ενισχύει την υπόθεση ότι η άσκηση επηρεάζει θετικά τη χημεία του εγκεφάλου μέσα από μοριακά μονοπάτια που μπορούμε να μετρήσουμε.

Τι σημαίνει αυτό για το μέλλον

Η ιδέα ότι μια απλή εξέταση αίματος μπορεί να μας δείξει πόσο καλά γερνάμε φέρνει σημαντικές προοπτικές:

• Πρόληψη: Έγκαιρη ανίχνευση κινδύνων για απώλεια κινητικότητας ή γνωστική έκπτωση.

• Εξατομικευμένη ιατρική: Σχεδιασμός προγραμμάτων άσκησης προσαρμοσμένων στο μεταβολικό προφίλ του κάθε ατόμου.

• Δημόσια υγεία: Προώθηση της σωματικής δραστηριότητας όχι μόνο ως τρόπου ενδυνάμωσης, αλλά ως μοριακής «θεραπείας» για την υγιή γήρανση.

Η έρευνα του Wolfram Weckwerth και των συνεργατών του μας δείχνει ότι η σωματική δραστηριότητα δεν σταματά στους μυς. Επηρεάζει βαθιά τον μεταβολισμό μας, επαναπρογραμματίζοντας μοριακά δίκτυα που συνδέουν το σώμα με τον εγκέφαλο.

Η «έξυπνη ανάγνωση» του αίματος μέσω της Τεχνητής Νοημοσύνης προσφέρει μια νέα προοπτική: να μπορούμε να μετρήσουμε, να παρακολουθήσουμε και ίσως να καθοδηγήσουμε την πορεία της γήρανσης.

Όπως τονίζει ο Weckwerth: «Η φυσική δραστηριότητα δεν είναι απλώς μυϊκή ενδυνάμωση. Αναδομεί τον μεταβολισμό μας σε μοριακό επίπεδο. Αποκωδικοποιώντας αυτές τις αλλαγές, μπορούμε να παρακολουθήσουμε – και να κατευθύνουμε – το πώς γερνάει το σώμα μας.»