(© highwaystarz – stock.adobe.com)
SAN FRANCISCO — Bisakah komputer mendeteksi tanda-tanda awal penyakit Alzheimer jauh sebelum dokter mendiagnosis pasiennya? Para ilmuwan telah mengembangkan teknologi mutakhir yang dapat mengubah cara kita mengidentifikasi penyakit Alzheimer bertahun-tahun sebelum gejala tradisional menjadi jelas. Dengan hanya menggunakan rekaman video tikus, para peneliti di Gladstone Institutes telah menciptakan alat pembelajaran mesin (suatu bentuk AI) yang dapat mendeteksi perubahan perilaku halus yang mungkin menandakan gejala awal disfungsi otak.
Bayangkan sebuah dunia di mana rekaman video sederhana dapat mengungkap tanda-tanda awal penyakit saraf yang hampir tak terlihat. Hal itulah yang dijanjikan oleh VAME (Variational Animal Motion Embedding), sebuah algoritma komputer canggih yang dapat mendeteksi penyimpangan perilaku yang tidak terlihat oleh mata manusia.
“Kami telah menunjukkan potensi pembelajaran mesin untuk merevolusi cara kami menganalisis perilaku yang menunjukkan kelainan awal pada fungsi otak,” kata Dr. Jorge Palop, penulis senior studi tersebut, dalam rilis media.
Berbeda dengan tes kesehatan tradisional yang memerlukan tugas rumit atau peralatan mahal, teknologi ini dapat bekerja dengan video berkualitas ponsel pintar.
Diterbitkan di jurnal Laporan Selpara peneliti mempelajari dua kelompok tikus hasil rekayasa genetika yang dirancang untuk mensimulasikan berbagai aspek penyakit Alzheimer. Alih-alih memaksa tikus melalui tes yang telah ditentukan, tim justru merekam gerakan alami mereka di arena terbuka. Alat pembelajaran mesin kemudian menganalisis rekaman ini dan mengungkapkan wawasan menarik.
Apa yang ditemukan VAME?
Seiring bertambahnya usia tikus, sistem mendeteksi peningkatan signifikan dalam “perilaku tidak terorganisir”. Hal ini tidak berarti bahwa tikus-tikus tersebut bergerak secara berbeda – mereka menunjukkan pola aktivitas yang lebih tidak menentu, sering berpindah antar tugas dengan cara yang mungkin mengindikasikan munculnya masalah memori dan perhatian.
“Saya membayangkan teknologi ini akan digunakan untuk menilai pasien di klinik dan bahkan di rumah mereka,” jelas Dr. Stephanie Miller, penulis pertama studi tersebut. “Ini memberi para ilmuwan dan dokter cara untuk memecahkan masalah yang sangat sulit dalam mendiagnosis penyakit pada tahap praklinis.”
Penelitian ini tidak berhenti pada deteksi. Para peneliti juga menguji pendekatan pengobatan potensial dengan memblokir protein pembekuan darah tertentu yang disebut fibrinyang menurut penelitian sebelumnya mungkin berkontribusi terhadap peradangan otak. Hebatnya, intervensi ini secara dramatis mengurangi perubahan perilaku abnormal pada tikus Alzheimer.
“Sangat menggembirakan melihat bahwa memblokir aktivitas inflamasi fibrin di otak mengurangi hampir semua perubahan perilaku spontan pada tikus Alzheimer,” kata Dr. Katerina Akassoglou, peneliti lain yang terlibat dalam penelitian ini.
Meskipun penelitian ini masih bersifat pendahuluan dan dilakukan pada tikus, penelitian ini mewakili pendekatan yang berpotensi revolusioner untuk memahami dan berpotensi mengobati Alzheimer. Dengan menangkap sinyal awal penyakit ini, suatu hari dokter mungkin dapat melakukan intervensi lebih awal, sehingga berpotensi memperlambat atau mencegah penurunan kognitif.
Tujuan akhir tim jelas. Miller, tujuannya adalah “membuat alat ini dan pendekatan serupa lebih mudah diakses oleh para ahli biologi dan dokter guna mempersingkat waktu yang diperlukan untuk mengembangkan obat-obatan baru yang ampuh.”
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti menggunakan platform pembelajaran mesin canggih yang disebut VAME (Variational Animal Motion Embedding) untuk mengamati dan menganalisis perilaku spontan pada model tikus penyakit Alzheimer (AD) yang direkayasa secara genetik. Model ini meniru gejala AD pada manusia, seperti peradangan saraf dan penumpukan amiloid. Tikus-tikus tersebut direkam menjelajahi arena terbuka selama 25 menit.
Dengan menggunakan videografi dengan kecepatan bingkai tinggi, platform VAME mengelompokkan gerakan mouse ke dalam pola atau “motif” berbeda yang mencerminkan perilaku berbeda. Studi ini membandingkan perilaku berbagai kelompok tikus, memeriksa perubahan terkait usia, perbedaan genetik, dan respons terhadap intervensi terapeutik yang menargetkan peradangan saraf.
Hasil Utama
Studi tersebut menemukan bahwa tikus yang dimodifikasi secara genetik untuk meniru Alzheimer menunjukkan perbedaan yang signifikan dalam cara mereka bergerak dan berperilaku dibandingkan dengan tikus sehat. Seiring bertambahnya usia, perubahan ini menjadi lebih nyata. Misalnya, tikus model Alzheimer menunjukkan peningkatan keacakan dalam gerakannya dan kesulitan mempertahankan pola aktivitas normal. Ketika diobati untuk memblokir peradangan yang disebabkan oleh protein tertentu (fibrinogen), banyak kelainan yang berkurang. Hal ini menunjukkan bahwa peradangan memainkan peran besar dalam mendorong perubahan perilaku.
Keterbatasan Studi
Penelitian ini hanya berfokus pada tikus, sehingga membatasi seberapa baik temuan ini dapat diterapkan pada manusia. Para peneliti juga tidak menilai faktor-faktor lain, seperti fungsi kognitif atau aktivitas otak, yang berhubungan langsung dengan perilaku yang diamati. Selain itu, penelitian ini tidak dapat menentukan secara pasti apakah perubahan perilaku tersebut terkait langsung dengan perkembangan Alzheimer atau hanya terkait dengan gejala yang diamati.
Diskusi & Kesimpulan
Temuan ini menyoroti bagaimana perubahan halus dalam perilaku sehari-hari, seperti meningkatnya keacakan atau ketidakmampuan untuk mempertahankan aktivitas normal, dapat menandakan tahap awal penyakit Alzheimer. Penelitian ini juga menekankan peran peradangan dalam mendorong perubahan ini dan menyarankan bahwa menargetkan peradangan bisa menjadi pendekatan pengobatan yang efektif. Selain itu, platform VAME terbukti lebih tepat dibandingkan metode tradisional, menawarkan alat potensial untuk diagnosis Alzheimer pada tahap praklinis yang lebih dini dan akurat.
Pendanaan & Pengungkapan
Penelitian ini didanai oleh beberapa hibah Institut Kesehatan Nasional AS (NIH), termasuk RF1AG062234 dan R01AG073082. Pendanaan Eropa berasal dari organisasi seperti Pusat Penelitian Kolaboratif DFG Jerman. Para peneliti utama mengungkapkan afiliasinya, termasuk koneksi ke Therini Bio, sebuah perusahaan yang berfokus pada terapi terkait peradangan. Semua kontribusi dan data lainnya dapat diakses secara terbuka di bawah lisensi CC BY.
