Предсказание ранних стадий болезни Альцгеймера и выявление ключевых биомаркеров с использованием глубоких искусственных нейронных сетей и ансамбля методологий машинного обучения

Эффективная диагностика заболеваний мозга требует синергии паттернов подключения мозга и высокоуровневых семантических знаний. Однако существующие методы в значительной степени рассматривают семантику из крупных языковых моделей (LLMs) как вспомогательные признаки или руководство, что ограничивает их прямую роль в принятии решений и сужает стабильность и надежность классификации. Чтобы преодолеть это, мы предлагаем фреймворк семантически согласованной нейросети мозга, который активно интегрирует семантику, полученную от LLM, в процесс предсказания. В частности, семантика на уровне ROI сначала включается через глобальное самообращение для обогащения представлений узлов и предоставления контекста всего мозга. Затем строятся многомасштабные гиперграфы для явного моделирования функциональных подсетей и взаимодействий между несколькими ROI, что решает локальные ограничения традиционных ГНН и захватывает высокопорядковые зависимости. Наконец, механизм семантической согласованности на уровне принятия решений избирательно вводит текстовые вложения, специфичные для пациента, в графовые представления, позволяя семантике напрямую управлять предсказаниями без нарушения глубинной структуры сети. Эксперименты на публичных наборах данных сети мозга ABIDE и ADHD-200 демонстрируют состояние искусства, повышенную стабильность и улучшенную интерпретируемость, особенно в условиях небольших выборок.

Структурированные табличные данные доминируют в клинической медицине, однако существующие эталоны не отражают реальных свойств, таких как сложное опросное деление, демографический оверсэмплинг и справедливость по подгруппам. Мы представляем эталон NHANES Accelerometry Cardiometabolic Benchmark, основанный на данных NHANES 2003-2006, который включает 1381 взрослого с акселерометром, носимым на бедре, лабораторными биомаркерами натощак, данными о потреблении пищи и антропометрикой. Мы оцениваем три метода табличного обучения — гребневая регрессия, XGBoost и базовую модель TabPFN v2 — для прогнозирования гликированного гемоглобина (HbA1c), триглицеридов натощак и C-реактивного белка (CRP) на основе фенотипов активности и факторов образа жизни. TabPFN v2 демонстрирует лучшее общее качество (R^2 HbA1c=0.156, R^2 CRP=0.383), в то время как триглицериды остаются в значительной степени непредсказуемыми (R^2 < 0.05), что соответствует известному генетическому доминированию. Мы применяем разделенное конформное предсказание для генерации предсказательных интервалов с 90% уверенности и оцениваем равенство охвата по демографическим группам, включая пол и расовую/этническую принадлежность. Предел охвата соответствует целевым 90% для CRP и HbA1c, но ниже для триглицеридов. На уровне подгрупп мы наблюдаем локализованное недоохватывание (например, HbA1c для участников мексиканского происхождения), что иллюстрирует разрыв между предельными гарантиями и условным покрытием, необходимым для клинической справедливости. Код и данные доступны по адресу https://github.com/felizzi/nhanes-accel-cardiometabolic-benchmark.

Используя подходящую математическую модель, это исследование направлено на изучение динамики передачи и оптимального контроля распространения вируса гепатита B, применяя функцию заболеваемости Беддингтона-ДеАнджелиса, гибридный метод 4-го порядка Рунге-Кутты (RK4) и нейронную сеть прямого распространения (FFNN), поскольку интеграция эпидемиологических моделей с нейронными сетями особенно важна для представления распространения заболеваний. Условия хорошо поставленной задачи, а также локальные и глобальные условия устойчивости получены с использованием порогового параметра. Некоторые чувствительные эпидемические параметры и их относительное влияние количественно оценены. Основываясь на локальных и глобальных свойствах модели и анализе чувствительности, сформулирована задача управления для контроля инфекции путем минимизации ориентированной на HBV популяции и максимизации выздоровевшей популяции с использованием трех контрольных мер. Наконец, используется гибридный метод контролируемой FFNN и RK4 с двумя скрытыми слоями, чтобы эффективно аппроксимировать временные динамические изменения передачи HBV и подтвердить теоретические результаты, а также эффекты контроля.

выступает как патобионт, который связывает оральную дисбиозу с системными заболеваниями через коагрегацию, гематогенное распространение и модуляцию иммунного ответа. Этот обзор предоставляет молекулярные сведения о том, как они участвуют в системных заболеваниях, таких как рак толстой кишки, неблагоприятные исходы беременности, сердечно-сосудистые заболевания, нейродегеративные расстройства и диабет mellitus. Ключевыми факторами вирулентности являются адгезины FadA, Fap2 и RadD, липополисахариды и везикулы наружной мембраны, которые способствуют эпителиальной инвазии и проницаемости эндотелия, а также способствуют подавлению иммунного ответа через сигнальные пути TLR4-NF-κB, β-катенин/Wnt и MAPK. Эти взаимодействия приводят к нарушению гомеостаза тканей, поддерживают хроническое воспаление и способствуют онкогенному и метаболическому модифицированию. Системная плейотропия further substantiated by its involvement in chemoresistance, placental dysfunction, vascular inflammation, and neuronal injury, substantiating its systemic pleiotropy. Появляющиеся терапевтические стратегии, такие как блокировка адгезинов, нейтрализация везикул наружной мембраны, манипуляции с микробиомом и использование методов очистки на основе CRISPR, обеспечивают прецизионные методы для смягчения заболеваний. Таким образом, этот обзор идентифицирует как основной микробный медиатор орально-системной патологии и его трансляционное значение в разработке целевых антимикробных и направленных на хозяина терапий.

Латерализация является отличительной чертой организации мозга, однако структурная основа, лежащая в основе этого феномена, остается критически важным и нерешенным вопросом в области когнитивной и системной нейронауки. В этом исследовании мы применили многомерные методы машинного обучения для изучения вариаций глобальной асимметрии мозга и их ассоциаций с когнитивными функциями, старением и заболеваниями, связанными со старением, используя крупномасштабные наборы данных. Наши результаты раскрыли значительные и ранее неизвестные структурные различия между полушариями и установили ключевые связи между структурными асимметриями и латерализованными функциями. На уровне популяции мы выявили уникальные траектории старения полушарных различий и обнаружили специфические для диагноза вариации у пациентов с болезнью Альцгеймера и болезнью Паркинсона, а также у носителей генетического риска ε4. Примечательно, что мы идентифицировали паттерн "левого старения", который ставит под сомнение традиционную модель "правого старения". В совокупности эти результаты способствуют нашему пониманию функциональной латерализации в человеческом мозге и подчеркивают потенциал глобальной асимметрии мозга как биомаркера старения мозга и связанных с ним заболеваний.

Лептоменингеальная болезнь (ЛД), связанная с метастазированием клеток в лептоменингеальные оболочки центральной нервной системы (ЦНС), может быть смертельным осложнением различных типов рака, происходящего как на периферии, так и в ЦНС, включая рак груди (РГ) и педиатрическую медулобластому (МБ). Целевая терапия представляет собой многообещающий новый подход для улучшения общей выживаемости пациентов с ЛД. На сегодняшний день сообщается, что ангиопепт-2 (Ang2) и трансактивирующий транскрипционный активатор (TAT), два хорошо известных пептида, обладающих способностью доставлять лекарственные вещества в мозг, транспортируют лечебные грузы в ЦНС для лечения заболеваний. Однако текущие схемы введения остаются зависимыми от перорального приема или внутривенной инъекции (IV), где вещества должны преодолевать сложные биологические барьеры, чтобы достичь субарахноидального пространства (SAS), которое является основным местом ЛД. Наша исследовательская группа сконцентрировалась на внутрішнепозвоночном (IT) пути введения как альтернативном подходе, который потенциально может обеспечить высокую концентрацию лекарства в тканях, подверженных воздействию ликвора. Тем не менее, существует значительный пробел в понимании того, как пептиды целевого назначения могут получить доступ (или не получить доступ) к ЛД в зависимости от их пути введения. Поэтому наша работа была сосредоточена на сравнении возможностей доставки Ang2 и TAT через пути IT и IV. Сначала мы создали две ксеногенные модели ЛД, непосредственно инфузируя клетки рака молочной железы (MDA-MB231) или медулобластомы (HDMB03) в SAS через инъекцию в цереброспинальную жидкость (ICM), чтобы сформировать модели BC-LD и MB-LD соответственно. Эти модели опухолей были охарактеризованы по общей выживаемости, паттернам роста опухолей и наличию гидроцефалии. Во-вторых, мы дополнительно вводили флуоресцентно помеченные пептиды Ang2 или TAT либо IV, либо ICM в опухоль несущим мышам. Невральные флуоресцентные изображения были проанализированы для оценки способности нацеливания этих двух пептидов на основе колокализации между сигналом пептида и опухолевыми тканями ex vivo. Мы обнаружили, что медианная выживаемость обеих моделей была отрицательно связана с количеством инфузированных клеток. В то время как клетки HDMB03, как правило, метастазировали в преобладании в область мозга, клетки MDA-MB231, наоборот, метастазировали предособенно в спинной мозг. Обе модели проявляли гидроцефалию как один из общих клинических симптомов у пациентов с ЛД. По сравнению со здоровым контролем, MB-LD показала увеличение объема вентрикулярной системы в 7,3 раза, а BC-LD - в 26,5 раз. Более того, нацеливание, достигнутое TAT, было значительно выше, чем нацеливание, достигнутое Ang2 в грудном отделе спины для модели MB-LD. Для модели BC-LD сигнал TAT был статистически значимо выше, чем сигнал Ang2 в обонятельных луковицах, стволе мозга, грудном и поясничном отделах спины. Пока оба пептида показывали сильный сигнал через 2 часа после инъекции ICM, сигнал не поддавался обнаружению через 24 часа после введения, что свидетельствует о вымывании или разрушении. Важным дополнением является то, что эти данные предоставляют доказательства того, что введение через ICM будет предпочтительным путем введения по сравнению с IV для максимального нацеливания на ЛД.