Inteligența artificială identifică modele de circulație a fluidelor în creier în timpul somnului
Când o persoană intră în somn profund, un fluid asemănător apei circulă în jurul creierului, eliminând deșeurile metabolice legate de boli precum Alzheimer.
Acest proces, cunoscut sub numele de sistemul glicfatic, a fost descris pentru prima dată în 2012 de Maiken Nedergaard, un cercetător de vârf în neuroștiințe și co-director al Centrului pentru Medicină Neuromedicinală Translațională de la Universitatea Rochester.
Însă rămân întrebări cu privire la mecanismul sistemului, în special la viteza de circulație a fluidului în jurul creierului. Studierea circulației într-un creier viu este o provocare, deoarece poate provoca daune iremediabile subiectului.
„Poți să pui un microscop pe o mică porțiune a creierului și să observi ceea ce se întâmplă acolo cu un detaliu mare, iar noi am lucrat cu acest tip de date în trecut, dar este doar o mică vedere a întregului proces. Dacă vrei să imaginezi creiere întregi, un RMN este o abordare excelentă, deoarece îți oferă o vedere tridimensională. Dar un RMN are limitări serioase, cea mai mare fiind că nu captează viteza de flux al fluidului, cel puțin nu pentru fluxuri atât de lente”, a declarat profesorul Douglas Kelley de la Departamentul de Inginerie Mecanică al Universității Rochester.
Kelley și colegii săi de la Universitatea Rochester, Universitatea Brown și Universitatea din Copenhaga s-au îndreptat spre inteligența artificială pentru ajutor. Într-un nou studiu publicat în Science Advances, ei conturează modul în care au folosit inteligența artificială informată de fizică pentru a determina vitezele de flux ale fluidului din datele de imagistică prin rezonanță magnetică (RMN). Utilizând videoclipuri cu vopsea care se răspândește prin țesutul cerebral în timp, rețelele neuronale pe care cercetătorii le-au construit au fost capabile să deducă viteza de circulație a fluidului și permeabilitatea țesutului cerebral.
Rezultatele au arătat că există două moduri principale prin care sistemul glicfatic elimină particule din creier, cum ar fi proteinele beta-amiloid, legate de boala Alzheimer, iar unul dintre aceste moduri este semnificativ mai rapid decât celălalt. Fluxul rapid al fluidului asemănător apei din sistemul glicfatic se deplasează cu câțiva microni pe secundă în jurul regiunilor deschise ale creierului, cum ar fi suprafața dintre craniu și creier, în timp ce fluxul mai lent al fluidului trece prin țesutul profund al creierului cu o rată de aproximativ 50 de ori mai lentă.
Până în prezent, cercetătorii au lucrat pentru a obține măsurători de bază ale fluxului de fluid în creierele unor animale, cum ar fi șoarecii, pentru a informa instrumentele de inteligență artificială. În viitor, ei speră să compare fluxul de fluid în creiere sănătoase și bolnave, precum și între creierele tinere și cele vârstnice, având aspirații de a studia în cele din urmă circulația în creierele umane.
„Facem tot posibilul pentru a putea măsura fluxul fluidelor asemănătoare apei în și în jurul creierelor umane, deoarece atunci aplicațiile clinice devin mult mai importante și palpitante”, a spus Kelley. „Sperăm să putem vedea dacă un pacient cu Alzheimer are o circulație slabă în creierul său sau chiar să depistăm circulația deficitară mai devreme în viață pentru a încerca să prevenim Alzheimer. De asemenea, am putea verifica atunci când cineva a suferit o contuzie pentru a vedea dacă circulația fluidului din creierul său este perturbată. Acest studiu ne aduce mai aproape de atingerea acestui obiectiv.”
