به گزارش سلامت نیوز به نقل از scitechdaily، دانشمندان با کمک هوش مصنوعی موفق شدهاند سرعت جریان مایعی را که در فرایند پاکسازی مغز نقش دارد، اندازهگیری کنند؛ فرایندی که در زمان خواب عمیق فعالتر میشود و به خروج مواد زائد متابولیک از مغز کمک میکند.
این فرایند به سیستم گلیمفاتیک (Glymphatic System) معروف است و نخستینبار در سال ۲۰۱۲ توسط «مایکن ندرگارد»، عصبشناس برجسته و یکی از مدیران مرکز پزشکی ترجمهای دانشگاه روچستر، توصیف شد.
اگرچه طی سالهای گذشته اطلاعات زیادی درباره این سیستم به دست آمده، اما هنوز پرسشهای مهمی درباره نحوه عملکرد آن وجود دارد. یکی از مهمترین این پرسشها، سرعت حرکت مایع در بخشهای مختلف مغز است؛ موضوعی که اندازهگیری آن در مغز زنده به دلیل کند بودن جریان و حساسیت بافت مغزی، بسیار دشوار است.
چرا اندازهگیری جریان مایع مغز دشوار است؟
«داگلاس کلی»، استاد مهندسی مکانیک دانشگاه روچستر، درباره این چالش میگوید بررسی با میکروسکوپ میتواند اطلاعات بسیار دقیقی از بخش کوچکی از مغز در اختیار پژوهشگران قرار دهد، اما این روش تنها قسمت محدودی از مغز را نشان میدهد.
به گفته او، تصویربرداری تشدید مغناطیسی یا MRI امکان مشاهده سهبعدی کل مغز را فراهم میکند، اما یک محدودیت مهم دارد: MRI نمیتواند سرعت جریان مایعات بسیار کند در مغز را بهطور مستقیم اندازهگیری کند.
برای حل این مشکل، پژوهشگران دانشگاه روچستر با همکاری محققانی از دانشگاه براون و دانشگاه کپنهاگ، به سراغ هوش مصنوعی رفتند.
نتایج این پژوهش که در مجله Science Advances منتشر شده، روشی مبتنی بر هوش مصنوعی و قوانین فیزیک را معرفی میکند که میتواند از دادههای MRI برای تخمین سرعت جریان مایع در مغز استفاده کند.
پژوهشگران برای آموزش شبکههای عصبی از ویدئوهایی استفاده کردند که نحوه انتشار یک ماده رنگی در بافت مغز را در طول زمان نشان میداد. مدل هوش مصنوعی با بررسی تغییرات ایجادشده توانست هم سرعت حرکت مایع و هم میزان نفوذپذیری بافت اطراف آن را تخمین بزند.
سیستم پاکسازی مغز با دو سرعت متفاوت کار میکند
نتایج مطالعه نشان داد سیستم گلیمفاتیک برای جابهجایی و دفع مواد موجود در مغز، از مسیرهایی با سرعتهای متفاوت استفاده میکند. یکی از موادی که انتقال آن اهمیت زیادی دارد، پروتئین بتاآمیلوئید است که تجمع آن با بیماری آلزایمر ارتباط دارد.
بر اساس یافتههای پژوهشگران، در فضاهای باز اطراف مغز، از جمله ناحیه میان جمجمه و سطح مغز، مایع مورد نظر با سرعتی در حد چند میکرومتر در ثانیه حرکت میکند.
اما زمانی که این مایع وارد بافت عمیق مغز میشود، سرعت حرکت آن به میزان قابل توجهی کاهش مییابد؛ بهطوری که جریان در بافت مغزی تقریباً ۵۰ برابر کندتر از حرکت آن در فضاهای باز اطراف مغز است.
این تفاوت قابل توجه میتواند تصویر دقیقتری از نحوه انتقال مواد زائد در محیطهای مختلف مغز به پژوهشگران ارائه دهد. در فضاهای باز، مایع میتواند نسبتاً سریع حرکت کند، در حالی که عبور آن از بافت متراکم مغز بسیار آهستهتر انجام میشود.
گام بعدی؛ بررسی مغز سالم و بیمار
پژوهشگران در حال حاضر تلاش میکنند با استفاده از مدلهای حیوانی، بهویژه موشها، اندازهگیریهای پایهای از جریان مایع در مغز به دست آورند. این دادهها به آنها کمک میکند ابزارهای هوش مصنوعی مورد استفاده در این مطالعه را دقیقتر و قابل اعتمادتر کنند.
هدف بعدی، مقایسه جریان گلیمفاتیک در مغزهای سالم و بیمار و همچنین بررسی تفاوت آن در افراد جوان و سالمند است. پژوهشگران در نهایت امیدوارند بتوانند این روش را برای بررسی مغز انسان نیز به کار بگیرند.
داگلاس کلی میگوید تیم تحقیقاتی در تلاش است امکان اندازهگیری جریان مایعات درون و اطراف مغز انسان را فراهم کند؛ چرا که در این صورت، کاربردهای بالینی این فناوری اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد.
به گفته او، در آینده ممکن است بتوان بررسی کرد که آیا گردش این مایع در مغز بیماران مبتلا به آلزایمر دچار اختلال شده است یا خیر. همچنین این روش میتواند در صورت توسعه بیشتر، برای شناسایی اختلالات گردش مایع در مراحل زودتر زندگی یا بررسی تغییرات ایجادشده پس از ضربه مغزی مورد استفاده قرار گیرد.
امید به کاربرد این روش در آلزایمر و آسیبهای مغزی
اگر پژوهشگران بتوانند در آینده این جریانهای بسیار آهسته را با دقت کافی در مغز انسان اندازهگیری کنند، روش جدید میتواند ابزار تازهای برای بررسی تغییرات سیستم طبیعی پاکسازی مغز در بیماریهایی مانند آلزایمر، روند سالمندی و آسیبهای مغزی ناشی از ضربه در اختیار محققان قرار دهد.
این مطالعه با حمایت مرکز ملی سلامت مکمل و یکپارچه و برنامه BRAIN مؤسسه ملی سلامت آمریکا انجام شده است.
نتایج این پژوهش با عنوان «MR-AIV reveals in vivo brain-wide fluid flow with physics-informed AI» در تاریخ ۲۷ مه ۲۰۲۶ در مجله Science Advances منتشر شده است.
نظر شما