Исследовательская группа под руководством Pawel Karczmarek, PhD, установила, что глубокие нейронные сети в комбинации с продвинутыми агрегирующими функциями, в частности новыми обобщениями интеграла Шоке, позволяют улучшить классификацию и детекцию шизофрении по данным оптической когерентной томографии (ОКТ) сетчатки.

Биомаркеры сетчатки при шизофрении


Ранее проведённые исследования подтвердили, что у пациентов с шизофренией наблюдается истончение слоёв сетчатки, что обосновывает потенциал ОКТ в диагностике данного психического расстройства.

Дизайн исследования и участники


В исследование включили пациентов с верифицированным диагнозом шизофрении по МКБ-10 (код F20.x), проходивших стационарное лечение в Психиатрической клинике Медицинского университета (Польша). Средняя суточная доза в эквиваленте хлорпромазина составила 452,22 мг (SD = 128,2). 57% пациентов получали только атипичные антипсихотики, 43% — комбинацию классических и атипичных препаратов. В анализ также включили контрольную группу здоровых добровольцев.

Оборудование и обработка данных


ОКТ-визуализацию сетчатки выполняли на аппарате Optopol Copernicus REVO SD-OCT с использованием программного обеспечения Optopol SOCT версии 11.0.7. Критерии исключения включали офтальмологические заболевания, сахарный диабет, нелеченную артериальную гипертензию, травмы или операции на глазах в анамнезе, неврологические повреждения головного мозга, экстремальные аметропии (>5 дптр), риск глаукомы (шкала DDLS 6), зависимость от психоактивных веществ (кроме никотина), врождённые интеллектуальные нарушения и деменцию.


Каждому участнику выполнили по два сканирования на глаз, всего 4 изображения. Финальный набор данных включил 59 пациентов с шизофренией и 61 здорового контроля. Обработка проводилась на языке Python с использованием библиотек Keras, Scikit-Learn и TensorFlow.

Ключевые результаты: интеграл Шоке и глубокое обучение


Проанализированы следующие параметры ОКТ: макулярная толщина, объём макулы, толщина наружного ядерного и наружного плексиформного слоёв, толщина макулярного и перипапиллярного слоя нервных волокон сетчатки, ганглионарный комплекс. Наиболее эффективным методом агрегации при классификации с помощью глубоких нейронных сетей стал интеграл Шоке, который учитывает не только веса отдельных классификаторов, но и степень согласованности их результатов.

Значение для клинической практики


Авторы исследования отметили: интеграл Шоке действует как команда экспертов, каждый из которых специализируется в своей области. Итоговое решение становится более точным, поскольку учитываются и индивидуальные мнения, и уровень их взаимного согласия, что обеспечивает более надёжный результат.

Перспективы


Сочетание ОКТ сетчатки, технологий глубокого обучения и методов агрегации представляет собой многообещающее направление для выявления шизофрении. Несмотря на необходимость дальнейшей валидации и клинических испытаний, данная работа демонстрирует потенциал искусственного интеллекта в офтальмологической диагностике неврологических и психиатрических расстройств при помощи неинвазивного анализа сетчатки.

Источник: Karczmarek P, Plechawska-Wójcik M, Kiersztyn A, et al. On the improvement of schizophrenia detection with optical coherence tomography data using deep neural networks and aggregation functions. Sci Rep. 2024;14:31903. https://doi.org/10.1038/s41598-024-83375-7