يساعد الذكاء الاصطناعي في إظهار كيفية تدفق سوائل الدماغ

قد يكون لتقنية جديدة قائمة على الذكاء الاصطناعي لقياس تدفق السوائل حول الأوعية الدموية في الدماغ آثار كبيرة على تطوير علاجات لأمراض مثل الزهايمر.

تنقل المساحات المحيطة بالأوعية الدموية التي تحيط بالأوعية الدموية الدماغية سوائل تشبه الماء حول الدماغ وتساعد على التخلص من الفضلات. ترتبط التغيرات في تدفق السوائل بالحالات العصبية ، بما في ذلك مرض الزهايمر ، ومرض الأوعية الدموية الدقيقة ، والسكتات الدماغية ، وإصابات الدماغ الرضحية ، ولكن يصعب قياسها في الجسم الحي.

طور فريق متعدد التخصصات من المهندسين الميكانيكيين وعلماء الأعصاب وعلماء الكمبيوتر بقيادة الأستاذ المساعد بجامعة روتشستر دوجلاس كيلي قياسات جديدة لقياس السرعة بالذكاء الاصطناعي لحساب تدفق سوائل الدماغ بدقة. تم عرض النتائج في دراسة نشرتها Proceedings of the National Academy of Sciences.

يقول كيلي ، عضو هيئة التدريس في قسم الهندسة الميكانيكية في روتشستر: “في هذه الدراسة ، قمنا بدمج بعض القياسات من داخل النماذج الحيوانية مع تقنية ذكاء اصطناعي جديدة سمحت لنا بقياس الأشياء التي لم يكن أحد قادرًا على قياسها من قبل بشكل فعال”.

يعتمد العمل على سنوات من التجارب التي قادها المؤلف المشارك في الدراسة Maiken Nedergaard ، مدير مركز روتشستر للطب العصبي الانتقالي. كانت المجموعة قادرة سابقًا على إجراء دراسات ثنائية الأبعاد حول تدفق السوائل في الفراغات المحيطة بالأوعية عن طريق حقن جزيئات صغيرة في السائل وقياس موضعها وسرعتها بمرور الوقت. لكن العلماء احتاجوا إلى قياسات أكثر تعقيدًا لفهم التعقيد الكامل للنظام – واستكشاف مثل هذا النظام المائع الحيوي يمثل تحديًا.

لمواجهة هذا التحدي ، تعاون الفريق مع جورج كارنياداكيس من جامعة براون للاستفادة من الذكاء الاصطناعي. قاموا بدمج البيانات ثنائية الأبعاد الحالية مع الشبكات العصبية المستنيرة للفيزياء لإنشاء نظرة غير مسبوقة عالية الدقة على النظام.

يقول كيلي: “هذه طريقة للكشف عن الضغوط والقوى ومعدل التدفق ثلاثي الأبعاد بدقة أكبر بكثير مما يمكننا فعله بخلاف ذلك”. “الضغط مهم لأنه لا أحد يعرف على وجه اليقين ما هي آلية الضخ التي تحرك كل هذه التدفقات حول الدماغ حتى الآن. هذا مجال جديد.”

أجرى العلماء البحث بدعم من برنامج البحث التعاوني في علم الأعصاب الحسابي ، ومبادرة المعاهد الوطنية للدماغ الصحي ، وبرنامج المبادرات البحثية الجامعية المتعددة التخصصات التابع لمكتب أبحاث الجيش.