Occhi che invecchiano: Ho scoperto pattern nascosti nella retina grazie all’IA!

Una finestra sull’invecchiamento: cosa ci dice la retina?

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi affascina tantissimo: come i nostri occhi, e in particolare la retina, cambiano con il passare degli anni. Sapete, la retina non è solo fondamentale per vedere, ma è anche una specie di specchio della nostra salute generale, persino del cervello! Strumenti come la Tomografia a Coerenza Ottica (OCT) ci permettono di sbirciare dentro l’occhio, in modo non invasivo, e vedere le strutture retiniche con un dettaglio incredibile. È un po’ come avere una mappa super dettagliata del fondo oculare.

Negli ultimi tempi, si è scoperto che l’assottigliamento della retina, misurato con l’OCT, potrebbe essere un campanello d’allarme per malattie sistemiche importanti come l’Alzheimer, il Parkinson o problemi renali cronici. Davvero pazzesco, vero? Questo ha reso l’OCT uno strumento sempre più cruciale in tanti campi della medicina.

Ma c’è un “ma”. Anche nelle persone sanissime, la retina tende ad assottigliarsi con l’età. Questo è un processo fisiologico, del tutto normale. Il problema è che questo cambiamento naturale complica le cose: come facciamo a distinguere un assottigliamento dovuto semplicemente all’età da uno che invece è segno di una malattia come il glaucoma, anch’esso legato all’invecchiamento?

Capire bene come la retina cambia normalmente con gli anni è fondamentale per poter poi usare i biomarcatori retinici in modo efficace per studiare le malattie legate all’età. Finora, molti studi si sono concentrati sulla misurazione dello spessore medio di alcune aree della retina, come lo strato delle fibre nervose retiniche (RNFL) o lo strato delle cellule ganglionari-plessiforme interno (GCIPL), sia attorno al nervo ottico (peripapillare) che nella macula (la zona centrale della visione).

Questi studi ci hanno detto che, in media, perdiamo un po’ di spessore ogni decade, soprattutto in certe zone (superiori e inferiori). Utile, certo, ma un po’ limitante. È come descrivere un paesaggio complesso dicendo solo l’altitudine media: si perde tutta la ricchezza dei dettagli, le valli, le cime, le forme uniche!

Oltre la media: alla scoperta degli “archetipi” retinici nascosti

Ed è qui che entra in gioco la parte più entusiasmante del mio racconto! Ci siamo chiesti: e se potessimo andare oltre queste medie e catturare la complessità spaziale, le variazioni individuali della struttura retinica? E se ci fossero dei “pattern” ricorrenti, delle specie di “firme” strutturali che cambiano con l’età in modi più sottili?

Per fare questo, abbiamo usato un approccio di apprendimento automatico (sì, l’intelligenza artificiale!) chiamato Analisi Archetipica (AA), potenziato da una rete neurale chiamata Autoencoder Variazionale (VAE). Non spaventatevi per i nomi! In pratica, questi strumenti ci permettono di analizzare migliaia e migliaia di immagini OCT (nel nostro caso, ben 189.387 scansioni da quasi 22.500 persone!) e di identificare dei “pattern estremi”, chiamati archetipi. Ogni immagine OCT individuale può poi essere vista come un mix unico di questi archetipi di base.

Immaginate di avere tanti mattoncini LEGO® di forme diverse (gli archetipi): ogni retina è come una costruzione unica fatta combinando questi mattoncini in proporzioni diverse. L’idea era di vedere se le “ricette” di queste combinazioni cambiassero con l’età.

Abbiamo analizzato tre set di dati OCT: lo strato delle fibre nervose nella macula (mRNFL), lo strato delle cellule ganglionari nella macula (mGCIPL) e lo strato delle fibre nervose attorno al nervo ottico (pRNFL). Per ciascuno, abbiamo identificato 12 archetipi distinti, per un totale di 36 pattern retinici latenti. Questi archetipi rappresentavano di tutto: pattern di assottigliamenti totali, assottigliamenti solo nella parte superiore o inferiore, pattern legati ad artefatti dell’immagine e pattern considerati “normali”.

Cosa abbiamo scoperto sull’invecchiamento “nascosto” della retina?

Analizzando come la composizione di questi 36 archetipi cambiava con le decadi di età, abbiamo fatto scoperte davvero interessanti, anche dopo aver tenuto conto delle differenze tra uomini e donne e dello spessore medio generale della retina.

• Assottigliamenti specifici legati all’età: Abbiamo confermato che l’invecchiamento è associato a pattern di assottigliamento totale (un po’ ovunque) e, in modo particolare, a pattern di assottigliamento superiore (nella parte alta della macula, sia per mRNFL che mGCIPL). Sembra che la parte superiore della retina sia più vulnerabile con il passare degli anni. Forse c’entra una riduzione del flusso sanguigno legata all’invecchiamento delle arterie? È un’ipotesi affascinante!
• Il ruolo della miopia: Le cose si fanno ancora più intriganti quando guardiamo alle persone con miopia (quelle con l’occhio più “lungo”). In loro, un pattern specifico di assottigliamento inferiore nella macula (chiamato mGCIPL-A7 o “segno del rafe temporale”), che spesso è un segno precoce di glaucoma, diventava più fortemente associato all’età. È come se l’interazione tra miopia e invecchiamento facesse emergere più chiaramente questo pattern.
• Cambiamenti nella forma, non solo nello spessore: Nell’area attorno al nervo ottico (pRNFL), i cambiamenti legati all’età sembravano più legati alla forma delle traiettorie dei vasi sanguigni retinici che a un vero e proprio assottigliamento. Nei pattern più “vecchi”, queste traiettorie erano più verticali (tipico di occhi più corti), mentre nei pattern più “giovani” erano più orizzontali (tipico di occhi più lunghi/miopi). Questo potrebbe riflettere un “effetto coorte”: le generazioni più giovani tendono ad essere più miopi.
• Attenzione agli artefatti: Alcuni pattern associati all’età erano legati ad artefatti nelle immagini OCT. È plausibile: le persone più anziane hanno più probabilità di avere cataratta o pupille più strette, che possono rendere l’acquisizione dell’immagine un po’ più difficile.

Abbiamo anche verificato che questi risultati rimanessero validi escludendo persone con glaucoma o con valori anomali in esami sistemici (pressione, glicemia, funzione renale), confermando che stiamo osservando cambiamenti legati proprio all’invecchiamento fisiologico.

Perché questi archetipi sono importanti per il futuro?

Questa nuova visione “granulare” dell’invecchiamento retinico, basata sugli archetipi, è secondo me rivoluzionaria. Ci offre strumenti molto più potenti per:

• Distinguere l’invecchiamento normale dalla malattia: Capire quali pattern sono tipici dell’età ci aiuta a identificare più facilmente quelli che invece sono sospetti per una patologia, come il glaucoma. Abbiamo fatto un piccolo test: usando solo l’età e due degli archetipi maculari (A7, quello inferiore, e A3, quello superiore), siamo riusciti a predire la presenza di glaucoma con una buona accuratezza (AUC di 0.821). Non male!
• Stratificare il rischio: In futuro, analizzare la “ricetta” degli archetipi di una persona potrebbe aiutarci a capire il suo rischio individuale di sviluppare certe malattie legate all’età.
• Utilizzare meglio i biomarcatori retinici: Invece di guardare solo allo spessore medio, potremmo usare questi pattern complessi come biomarcatori più sensibili e specifici.

Certo, siamo ancora all’inizio. Questo era uno studio trasversale (una fotografia in un dato momento), e servono studi longitudinali per vedere come questi pattern cambiano davvero nel tempo in ogni individuo. Abbiamo anche bisogno di validare questi risultati su popolazioni diverse (il nostro studio era su una popolazione giapponese, anche se abbiamo fatto una validazione esterna su un dataset americano per il pRNFL con risultati incoraggianti).

Ma la strada è aperta! Credo fermamente che studiare la retina attraverso questi “archetipi latenti” ci permetterà di svelare molti più segreti sull’invecchiamento e sulle malattie ad esso collegate. È un campo di ricerca in pieno fermento, e non vedo l’ora di scoprire cosa ci riserverà il futuro!

Fonte: Springer