Κατά τη διάρκεια του βαθύ ύπνου, ένα υγρό που μοιάζει με νερό κυκλοφορεί μέσα και γύρω από τον εγκέφαλο, συμβάλλοντας στην απομάκρυνση μεταβολικών αποβλήτων. Αυτά τα απόβλητα συνδέονται με διάφορες διαταραχές, συμπεριλαμβανομένης της νόσου Αλτσχάιμερ. Αυτή η ζωτικής σημασίας διαδικασία καθαρισμού είναι γνωστή ως γλυμφικό σύστημα και περιγράφηκε για πρώτη φορά το 2012 από την πρωτοπόρο νευροεπιστήμονα Μάικεν Νέντεργκάαρντ, συνδιευθύντρια του Center for Translational Neuromedicine του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ.
Η πρόκληση της μέτρησης της ροής
Παρά τις σημαντικές γνώσεις που έχουν αποκτηθεί για το γλυμφικό σύστημα, εξακολουθούν να υπάρχουν αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με τον ακριβή τρόπο λειτουργίας του. Ένα από τα βασικά ζητήματα αφορά την ταχύτητα με την οποία κινείται το υγρό σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου. Η μέτρηση μιας τόσο αργής κυκλοφορίας σε έναν ζωντανό εγκέφαλο αποτελεί ιδιαίτερα δύσκολη πρόκληση, καθώς οι ερευνητές πρέπει να παρακολουθούν τη διαδικασία χωρίς να προκαλούν μόνιμη βλάβη.
Ο καθηγητής Ντάγκλας Κέλει από το Τμήμα Μηχανολογίας του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ επισημαίνει τους περιορισμούς των υφιστάμενων μεθόδων. Όπως αναφέρει, η τοποθέτηση μικροσκοπίου σε μια μικρή περιοχή του εγκεφάλου προσφέρει λεπτομερή παρακολούθηση, αλλά δίνει μόνο μια πολύ μικρή εικόνα της συνολικής διαδικασίας. Αντίστοιχα, η μαγνητική τομογραφία (MRI) είναι μια εξαιρετική προσέγγιση για την απεικόνιση ολόκληρων εγκεφάλων σε τρεις διαστάσεις, όμως έχει σοβαρούς περιορισμούς, καθώς δεν καταγράφει την ταχύτητα της ροής του υγρού, ειδικά όταν πρόκειται για τόσο αργές ροές.
Η συμβολή της τεχνητής νοημοσύνης
Για να ξεπεράσουν αυτούς τους περιορισμούς και να προχωρήσουν στην κατανόηση του γλυμφικού συστήματος, ο καθηγητής Κέλει και μια ομάδα ερευνητών στράφηκαν στην τεχνητή νοημοσύνη. Η ομάδα αποτελούνταν από επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ, το Brown University και το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης.
Η νέα τους μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Science Advances», περιγράφει μια καινοτόμο μέθοδο. Αυτή η μέθοδος αξιοποιεί την τεχνητή νοημοσύνη, η οποία βασίζεται στους νόμους της φυσικής (physics-informed AI), προκειμένου να εξάγει την ταχύτητα της ροής των υγρών από δεδομένα μαγνητικής τομογραφίας (MRI).
Η μεθοδολογία της έρευνας
Οι ερευνητές εκπαίδευσαν νευρωνικά δίκτυα χρησιμοποιώντας βίντεο που απεικόνιζαν την εξάπλωση μιας χρωστικής ουσίας μέσα στον εγκεφαλικό ιστό με την πάροδο του χρόνου. Μέσω της ανάλυσης αυτών των μεταβολών, τα μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης ήταν σε θέση να εκτιμήσουν με ακρίβεια τόσο την ταχύτητα του υγρού όσο και τη διαπερατότητα του περιβάλλοντος εγκεφαλικού ιστού.
Τα βασικά ευρήματα της μελέτης
Τα αποτελέσματα της έρευνας αποκάλυψαν δύο βασικές οδούς μέσω των οποίων το γλυμφικό σύστημα συμβάλλει στην απομάκρυνση σωματιδίων από τον εγκέφαλο. Μεταξύ αυτών των σωματιδίων περιλαμβάνονται και οι πρωτεΐνες β-αμυλοειδούς, οι οποίες συνδέονται άμεσα με την ανάπτυξη της νόσου Αλτσχάιμερ.
Με πληροφορίες από: naftemporiki.gr
