Περίληψη άρθρου:
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ ανέπτυξαν μια τεχνική βασισμένη στην τεχνητή νοημοσύνη (AI) για τη μέτρηση της ροής του υγρού γύρω από τα αιμοφόρα αγγεία του εγκεφάλου. Η μέθοδος, που ονομάζεται AI velocimetry, υπολογίζει με ακρίβεια τη ροή των εγκεφαλικών υγρών και θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις στην κατανόηση και τη θεραπεία νευρολογικών παθήσεων όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ, η νόσος των μικρών αγγείων, τα εγκεφαλικά επεισόδια και οι τραυματικές εγκεφαλικές κακώσεις. Οι περιαγγειακοί χώροι που περιβάλλουν τα εγκεφαλικά αιμοφόρα αγγεία μεταφέρουν υγρό μέσω του εγκεφάλου και βοηθούν στην απομάκρυνση των αποβλήτων. Οι μεταβολές στη ροή του υγρού σε αυτούς τους χώρους συνδέονται με νευρολογικές διαταραχές, αλλά είναι δύσκολο να μετρηθούν in vivo. Προηγουμένως, οι ερευνητές ήταν σε θέση να διενεργήσουν Ωστόσο, αυτό παρείχε περιορισμένες πληροφορίες για το σύστημα. Για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, η διεπιστημονική ομάδα ενσωμάτωσε τα υπάρχοντα δισδιάστατα δεδομένα με νευρωνικά δίκτυα με φυσική πληροφόρηση για να δημιουργήσει εικόνες υψηλής ανάλυσης του τρισδιάστατου ρυθμού ροής, των πιέσεων και των δυνάμεων του συστήματος. Αυτή η καινοτόμος προσέγγιση παρέχει ακριβέστερες μετρήσεις από ό,τι ήταν δυνατό προηγουμένως και μπορεί να βοηθήσει τους ερευνητές να διερευνήσουν τους μηχανισμούς άντλησης που κινούν αυτές τις ροές γύρω από τον εγκέφαλο. Η έρευνα υποστηρίχθηκε από διάφορα προγράμματα, όπως το πρόγραμμα Collaborative Research in Computational Neuroscience, το National Institutes of Health Brain Initiative και το πρόγραμμα Multidisciplinary University Research Initiatives του Army Research Office.

Κύρια σημεία του άρθρου:

• Μια νέα τεχνική βασισμένη στην τεχνητή νοημοσύνη για τη μέτρηση της ροής των υγρών γύρω από τα αιμοφόρα αγγεία του εγκεφάλου, θα μπορούσε να έχει μεγάλες επιπτώσεις στην ανάπτυξη θεραπειών για ασθένειες όπως η νόσος Αλτσχάιμερ.
• Οι περιαγγειακοί χώροι που περιβάλλουν τα εγκεφαλικά αιμοφόρα αγγεία μεταφέρουν υγρά που μοιάζουν με νερό γύρω από τον εγκέφαλο και βοηθούν στην απομάκρυνση των αποβλήτων.
•  Μια διεπιστημονική ομάδα μηχανολόγων μηχανικών, νευροεπιστημόνων και επιστημόνων πληροφορικής ανέπτυξε νέες μετρήσεις ταχύτητας AI για τον ακριβή υπολογισμό της ροής των εγκεφαλικών υγρών.
• Το έργο βασίζεται σε χρόνια πειραμάτων με επικεφαλής τον συν-συγγραφέα της μελέτης Maiken Nedergaard και αξιοποιεί την τεχνητή νοημοσύνη για να δημιουργήσει πρωτοφανείς ματιές υψηλής ανάλυσης στο σύστημα.

Αναλυτικά το άρθρο:
Μια νέα τεχνική βασισμένη στην τεχνητή νοημοσύνη για τη μέτρηση της ροής των υγρών γύρω από τα αιμοφόρα αγγεία του εγκεφάλου, θα μπορούσε να έχει μεγάλες επιπτώσεις στην ανάπτυξη θεραπειών για ασθένειες όπως η νόσος Αλτσχάιμερ.

Οι περιαγγειακοί χώροι που περιβάλλουν τα εγκεφαλικά αιμοφόρα αγγεία μεταφέρουν υγρά που μοιάζουν με νερό γύρω από τον εγκέφαλο και βοηθούν στην απομάκρυνση των αποβλήτων. Οι μεταβολές στη ροή των υγρών συνδέονται με νευρολογικές παθήσεις, όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ, η νόσος των μικρών αγγείων, τα εγκεφαλικά επεισόδια και οι τραυματικές εγκεφαλικές κακώσεις, αλλά είναι δύσκολο να μετρηθούν in vivo.

Μια διεπιστημονική ομάδα μηχανολόγων μηχανικών, νευροεπιστημόνων και επιστημόνων πληροφορικής με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή Douglas Kelley του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ ανέπτυξε νέες μετρήσεις ταχύτητας AI για τον ακριβή υπολογισμό της ροής των εγκεφαλικών υγρών. Τα αποτελέσματα περιγράφονται σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Σε αυτή τη μελέτη, συνδυάσαμε κάποιες μετρήσεις από το εσωτερικό των ζωικών μοντέλων με μια νέα τεχνική τεχνητής νοημοσύνης που μας επέτρεψε να μετρήσουμε αποτελεσματικά πράγματα που κανείς δεν ήταν ποτέ σε θέση να μετρήσει στο παρελθόν", λέει ο Kelley, μέλος ΔΕΠ στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Ρότσεστερ.

Η εργασία βασίζεται σε πολυετή πειράματα υπό την καθοδήγηση του συν-συγγραφέα της μελέτης Maiken Nedergaard, συνδιευθυντή του Κέντρου Μεταφραστικής Νευροϊατρικής του Ρότσεστερ. Η ομάδα ήταν προηγουμένως σε θέση να διεξάγει δισδιάστατες μελέτες σχετικά με τη ροή του υγρού στους περιαγγειακούς χώρους εγχέοντας μικροσκοπικά σωματίδια στο υγρό και μετρώντας τη θέση και την ταχύτητά τους με την πάροδο του χρόνου. Αλλά οι επιστήμονες χρειάζονταν πιο σύνθετες μετρήσεις για να κατανοήσουν την πλήρη περιπλοκότητα του συστήματος - και η εξερεύνηση ενός τόσο ζωτικού, ρευστού συστήματος αποτελεί πρόκληση.

Για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης, η ομάδα συνεργάστηκε με τον Γιώργο Καρνιαδάκη από το Πανεπιστήμιο Brown για να αξιοποιήσει την τεχνητή νοημοσύνη. Ενσωμάτωσαν τα υπάρχοντα δισδιάστατα δεδομένα με νευρωνικά δίκτυα με φυσική πληροφόρηση για να δημιουργήσουν πρωτοφανείς ματιές υψηλής ανάλυσης στο σύστημα.

"Αυτός είναι ένας τρόπος να αποκαλύψουμε τις πιέσεις, τις δυνάμεις και τον τρισδιάστατο ρυθμό ροής με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι μπορούμε να κάνουμε με άλλο τρόπο", λέει ο Kelley. "Η πίεση είναι σημαντική επειδή κανείς δεν γνωρίζει ακόμη με βεβαιότητα ποιος μηχανισμός άντλησης κινεί όλες αυτές τις ροές γύρω από τον εγκέφαλο. Πρόκειται για ένα νέο πεδίο".

Οι επιστήμονες διεξήγαγαν την έρευνα με την υποστήριξη του προγράμματος Collaborative Research in Computational Neuroscience, του National Institutes of Health Brain Initiative και του προγράμματος Multidisciplinary University Research Initiatives του Army Research Office.

Πηγή: AI helps show how the brain's fluids flow