Согласно исследованию на животных, опубликованному 27 мая в журнале Science Advances , основанная на физических принципах система искусственного интеллекта может восстанавливать трехмерные карты скорости потока жидкости по всему живому мозгу, используя стандартные данные МРТ.

Полученные результаты могут дать новое понимание роли глифатической системы в неврологических заболеваниях, заявил ведущий автор исследования Дуглас Келли, доктор философии из Университета Рочестера в Нью-Йорке, в заявлении, опубликованном в журнале.

«Можно поднести микроскоп к небольшому участку мозга и наблюдать за происходящим там с большой детализацией, и мы работали с такими данными в прошлом, но это лишь крошечное представление об общем процессе», — сказал он. 

«[Но] если вы хотите получить изображение всего мозга, МРТ — отличный подход, потому что он дает трехмерное представление». 

Как объяснили Келли и его коллеги, во время сна в головном мозге циркулирует жидкость, похожая на воду, которая выводит продукты метаболизма, связанные с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, в процессе, известном как глифатическая система. Однако точный механизм работы этой системы, особенно скорость циркуляции жидкости, остается неясным.

МРТ — полезный инструмент для визуализации головного мозга, но для этого показания он имеет ограничения, а именно, он не позволяет определить скорость потока жидкости при таких низких скоростях, отметил Келли. Он и его команда использовали основанный на физических принципах искусственный интеллект для определения скорости потока жидкости по данным МРТ. Алгоритм включал видеозаписи распространения красителя по ткани головного мозга с течением времени, что позволило команде определить скорость потока жидкости и проницаемость ткани головного мозга.

Разработанный исследователями метод, названный магнитно-резонансной искусственной велометрией (MR-AIV), был применен к динамическим контрастным МРТ-сканам (DCE-MRI) пяти мышей после инъекции трассера гадобутрола в большую цистерну головного мозга. Алгоритм отслеживал поля скорости, давления и проницаемости тканей по всему мозгу, используя только данные о концентрации трассера, — без необходимости прямых измерений скорости, которые исторически было невозможно получить неинвазивным методом по всему мозгу, как утверждают авторы.

Результаты исследования показали два основных способа, которыми глифатическая система вымывает частицы из мозга, такие как бета-амилоидные белки, связанные с болезнью Альцгеймера, — причём один из этих способов значительно быстрее другого, отметили Келли и его коллеги. Быстрый поток жидкости глифатической системы движется со скоростью около 3 мкм/с в открытых областях мозга, таких как поверхность между черепом и мозгом, в то время как более медленный поток жидкости просачивается через глубокие ткани мозга (например, гиппокамп, хвостатое ядро ​​и таламус) со скоростью примерно в 50 раз меньшей (0,1 мкм/с).

Трехмерная визуализация показывает скорость потока жидкости через головной мозг.Университет Рочестера/Келли и др.

Поскольку DCE-MRI уже используется в клинической практике у людей, авторы утверждают, что данная методика в конечном итоге может быть применена и к различным группам пациентов.

«Мы надеемся, что когда-нибудь сможем определить, есть ли у пациента с болезнью Альцгеймера плохое кровообращение в головном мозге, или даже проводить скрининг на наличие плохого кровообращения на ранних стадиях, чтобы попытаться предотвратить болезнь Альцгеймера», — сказала Келли в заявлении, опубликованном в журнале. «Или мы могли бы проверять, был ли у человека сотрясение мозга, чтобы увидеть, нарушено ли кровообращение в его головном мозге. Это исследование приближает нас на шаг к цели».

Код и набор данных MR-AIV опубликованы на Zenodo .

Ознакомиться с полным текстом исследования можно здесь.

Внимание, автоперевод! За ошибки перевода ответственности не несём. Первоисточник по ссылке.