Une technique d'IA pionnière pour mesurer le flux de liquide cérébral ouvre de nouvelles voies pour le traitement de la maladie d'Alzheimer

L'intelligence artificielle (IA) continue d'innover dans la recherche sur les soins de santé, et les dernières avancées promettent d'améliorer notre compréhension des maladies du cerveau. Une équipe multidisciplinaire de l'Université de Rochester a développé un nouvelle technique basée sur l'IA pour mesurer le flux de fluide autour des vaisseaux sanguins du cerveau, ce qui pourrait avoir un impact significatif sur le développement de traitements pour des maladies comme la maladie d'Alzheimer.

Comprendre l'écoulement des fluides autour des vaisseaux sanguins cérébraux

Les espaces qui entourent nos vaisseaux sanguins cérébraux, connus sous le nom d'espaces périvasculaires, transportent des fluides ressemblant à de l'eau autour du cerveau et aident à l'élimination des déchets. Les perturbations de ce flux de fluide sont associées à diverses affections neurologiques telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie des petits vaisseaux, les accidents vasculaires cérébraux et les lésions cérébrales traumatiques. Cependant, la mesure de ces flux in vivo a été un défi important.

La recherche, dirigée par le professeur agrégé Douglas Kelley du département de génie mécanique de l'Université de Rochester, visait à surmonter cette difficulté en utilisant l'IA.

"Dans cette étude, nous avons combiné certaines mesures de l'intérieur des modèles animaux avec une nouvelle technique d'IA qui nous a permis de mesurer efficacement des choses que personne n'avait jamais pu mesurer auparavant", explique Kelley.

Tirer parti de l'IA pour des informations sans précédent

L'équipe de Kelley s'est appuyée sur des recherches antérieures menées par le co-auteur de l'étude, Maiken Nedergaard, codirectrice du Rochester's Center for Translational Neuromedicine. Le groupe de Nedergaard avait réussi à mener des études bidimensionnelles sur l'écoulement des fluides dans les espaces périvasculaires en injectant de minuscules particules dans le fluide et en mesurant leur position et leur vitesse dans le temps. Cependant, comprendre toute la complexité du système nécessitait des mesures plus complexes, et l'étude d'un système aussi fluide et vital posait des défis importants.

Pour surmonter ces difficultés, l'équipe a collaboré avec George Karniadakis de l'Université Brown pour exploiter la puissance de l'IA. Ils ont combiné les données 2D existantes avec des réseaux de neurones informés par la physique, créant des images très détaillées du système, offrant aux chercheurs un regard sans précédent sur les subtilités de l'écoulement des fluides autour des vaisseaux sanguins du cerveau.

"C'est un moyen de révéler les pressions, les forces et le débit tridimensionnel avec beaucoup plus de précision que nous ne pouvons le faire autrement", explique Kelley. « La pression est importante car personne ne sait encore avec certitude quel mécanisme de pompage entraîne tous ces flux autour du cerveau. C'est un nouveau domaine. »

Un nouvel horizon en neurosciences

L'étude révolutionnaire de l'Université de Rochester présente un exemple convaincant de la façon dont l'intelligence artificielle peut être exploitée pour propulser la recherche en santé. La combinaison d'algorithmes d'IA avancés et d'une expertise scientifique approfondie offre une nouvelle approche pour surmonter des défis auparavant insurmontables. La capacité de visualiser et de mesurer le flux de fluide dans le cerveau en trois dimensions est révolutionnaire, étant donné que les perturbations de ces flux sont associées à une gamme de conditions neurologiques.

Au fur et à mesure que nous approfondissons notre compréhension des processus complexes au sein de notre cerveau, nous élargissons également les horizons pour développer de nouvelles stratégies de traitement. L'application de l'IA dans cette étude a le potentiel de réécrire la façon dont nous abordons des maladies comme la maladie d'Alzheimer, les accidents vasculaires cérébraux et les lésions cérébrales traumatiques. Il souligne l'importance de la collaboration interdisciplinaire, combinant la puissance de l'IA avec l'expertise des ingénieurs mécaniciens, des neuroscientifiques et des informaticiens pour débloquer des informations sans précédent.

Cette recherche illustre également le potentiel plus large de l'IA dans la recherche biomédicale. La puissance de calcul et les capacités de reconnaissance de formes de l'IA peuvent compléter les connaissances et l'intuition des scientifiques, permettant de nouvelles méthodes d'investigation et d'analyse. Alors que nous continuons à intégrer l'IA dans la recherche scientifique, nous pouvons nous attendre à de nombreuses autres découvertes révolutionnaires qui pourraient changer le cours des soins de santé pour les générations futures.