Un nou instrument de inteligență artificială generativă (AI) care modelează microbiomul sugarului poate fi folosit pentru a prognoza care bebeluși sunt expuși riscului de deficit cognitiv.
Folosind date din probe de fecale colectate de la sugari prematuri în unitatea de terapie intensivă neonatală (NICU), cercetătorii de la Universitatea din Chicago raportează că modelul lor, numit Q-net, poate prezice cu o acuratețe de 76%, care bebeluși au risc de deficit cognitiv.
Se știe că microbiomul intestinal are un impact profund asupra sănătății și dezvoltării sugarilor, dar înțelegerea modului în care bacteriile intestinale interacționează și a modului în care aceste interacțiuni pot duce la boli gastrointestinale și deficite de neurodezvoltare este dificilă și necesită timp prin experimentele tradiționale de laborator.
„Puteți ajunge atât de departe doar uitându-vă la instantanee ale microbiomului și văzând diferitele niveluri ale bacteriilor care compun microbiomul, deoarece la un copil prematur, microbiomul se schimbă și se maturizează în mod constant”, a spus autorul principal al studiului, Ishanu Chattopadhyay, PhD. , asistent universitar de medicină, într-un comunicat de presă. „Așadar, am dezvoltat o nouă abordare folosind AI generativă pentru a construi un geamăn digital al sistemului care modelează interacțiunile bacteriilor, pe măsură ce se schimbă.”
Conceptul de „geamăn digital” este o tehnologie potențial transformatoare. Scriind în Science Advances, autorii au explicat că un „geamăn digital” este o reprezentare digitală a unui sistem complex, „permițând simularea perturbațiilor; studiul traiectoriilor, aberațiilor și eșecurilor; și realizarea de experimente de simulare de înaltă fidelitate care altfel ar fi de neatins în lumea reală.
„În loc să răspundă la o singură întrebare, un geamăn digital urmărește să oglindească întregul sistem, distingându-l de modelele standard de învățare automată, de obicei mai limitate”, au explicat ei.
Q- net
În comparație cu experimentele tipice de laborator, în care investigarea interacțiunilor bidirecționale ale unei colonii bacteriene tipice cu 1.000 de specii ar dura mai mult de 1.000 de ani, modelul Q-net de la Universitatea din Chicago poate modela interacțiunile complexe într-o fracțiune din acest timp.
Dr. Chattopadhyay și colegii săi au instruit modelul folosind datele obținute din 58 de probe de fecale de la sugari, la Spitalul de Copii Comer din Chicago. Apoi, au validat predicțiile despre cum se va dezvolta microbiomul folosind date de la 30 de sugari prematuri, la Beth Israel Deaconess Medical Center din Boston.
Rezultatele au indicat o acuratețe de 76% în prezicerea bebelușilor expuși riscului de deficit cognitiv, măsurat prin creșterea circumferinței capului.
Modelul a indicat, de asemenea, că intervenții precum restabilirea abundenței unei anumite specii de bacterii ar putea reduce riscul de dezvoltare la aproximativ 45% dintre bebeluși. Autorii avertizează, totuși, că modelul a arătat, de asemenea, că intervențiile incorecte pot agrava riscul.
„Nu poți doar să dai probiotice și să speri că riscul de dezvoltare va scădea”, a spus dr. Chattopadhyay. „Ceea ce înlocuiești este important și, pentru mulți subiecți, trebuie, de asemenea, să-l cronometrezi cu precizie.”
Deoarece Q-net poate identifica combinații potențial interesante de bacterii, poate restrânge considerabil căutarea unor potențiale ținte de intervenție, au spus cercetătorii.
Partenerii de cercetare ai Dr. Chattopadhyay, cum ar fi Erika Claud, MD, profesor de pediatrie și director al Centrului pentru Știința Traiectoriilor timpurii de la UChicago, lucrează cu bioreactoare care simulează mediul microbiom intestinal viu, unde pot testa eventualele intervenții. si vezi ce se intampla.
Studiul a fost susținut financiar de Institutul Național de Sănătate din SUA.
Sursa: Science Advances 2024, Volumul 10, Numărul 15, doi: 10.1126/sciadv.adj0400 „Un geamăn digital al microbiomului bebelușului pentru a prezice deficitele neurodezvoltării”, Autori: N. Sizemore și colab.
