Tehnica de pionierat AI pentru a măsura fluxul de fluide cerebrale deschide noi căi pentru tratamentul bolii Alzheimer

Inteligența artificială (IA) continuă să deschidă un nou teren în cercetarea în domeniul sănătății, iar cele mai recente progrese promite să ne îmbunătățească înțelegerea bolilor creierului. O echipă multidisciplinară de la Universitatea din Rochester a dezvoltat un tehnică nouă bazată pe IA pentru măsurarea fluxului de fluid din jurul vaselor de sânge ale creierului, ceea ce ar putea avea un impact semnificativ asupra dezvoltării de tratamente pentru boli precum Alzheimer.

Înțelegerea fluxului de fluid în jurul vaselor de sânge cerebrale

Spațiile care înconjoară vasele noastre de sânge cerebrale, cunoscute sub numele de spații perivasculare, transportă fluide asemănătoare apei în jurul creierului și ajută la eliminarea deșeurilor. Întreruperea acestui flux de fluid sunt asociate cu diferite afecțiuni neurologice, cum ar fi Alzheimer, boala vaselor mici, accidente vasculare cerebrale și leziuni cerebrale traumatice. Cu toate acestea, măsurarea acestor fluxuri in vivo a fost o provocare semnificativă.

Cercetarea, condusă de profesorul asociat Douglas Kelley de la Departamentul de Inginerie Mecanică a Universității din Rochester, și-a propus să depășească această dificultate folosind AI.

„În acest studiu, am combinat unele măsurători din interiorul modelelor animale cu o nouă tehnică de inteligență artificială care ne-a permis să măsurăm eficient lucruri pe care nimeni nu le-a mai putut măsura până acum”, spune Kelley.

Folosirea AI pentru o perspectivă fără precedent

Echipa Kelleys s-a bazat pe cercetările anterioare efectuate de coautorul studiului Maiken Nedergaard, co-directorul Centrului Rochester pentru Neuromedicină Translațională. Grupul lui Nedergaard a reușit să efectueze studii bidimensionale asupra fluxului de fluid în spațiile perivasculare prin injectarea de particule mici în fluid și măsurarea poziției și vitezei acestora în timp. Cu toate acestea, înțelegerea completă a complexității sistemului a necesitat măsurători mai complexe, iar studierea unui sistem atât de vital și fluid a reprezentat provocări semnificative.

Pentru a depăși aceste dificultăți, echipa a colaborat cu George Karniadakis de la Universitatea Brown pentru a valorifica puterea AI. Ei au combinat datele 2D existente cu rețelele neuronale informate de fizică, creând imagini foarte detaliate ale sistemului, oferind cercetătorilor o privire fără precedent asupra complexității fluxului de fluid în jurul vaselor de sânge ale creierului.

„Acesta este o modalitate de a dezvălui presiunile, forțele și debitul tridimensional cu mult mai multă precizie decât am putea face altfel”, spune Kelley. „Presiunea este importantă pentru că nimeni nu știe încă cu siguranță ce mecanism de pompare conduce toate aceste fluxuri în jurul creierului. Acesta este un domeniu nou.”

Un nou orizont în neuroștiință

Studiul inovator de la Universitatea din Rochester prezintă un exemplu convingător al modului în care inteligența artificială poate fi valorificată pentru a propulsa cercetarea în domeniul sănătății. Combinația de algoritmi avansați de inteligență artificială cu expertiză științifică profundă oferă o abordare nouă pentru a depăși provocările până acum insurmontabile. Capacitatea de a vizualiza și măsura fluxul de fluid în creier în trei dimensiuni este revoluționară, având în vedere că perturbările acestor fluxuri sunt asociate cu o serie de afecțiuni neurologice.

Pe măsură ce ne aprofundăm înțelegerea proceselor complexe din creierul nostru, lărgim, de asemenea, orizonturile pentru dezvoltarea de noi strategii de tratament. Aplicarea AI în acest studiu are potențialul de a rescrie modul în care abordăm boli precum Alzheimer, accident vascular cerebral și leziuni cerebrale traumatice. Subliniază importanța colaborării interdisciplinare, combinând puterea AI cu expertiza inginerilor mecanici, neuroștiinței și informaticienilor pentru a debloca perspective fără precedent.

Această cercetare ilustrează, de asemenea, potențialul mai larg al AI în cercetarea biomedicală. Puterea de calcul și capacitățile de recunoaștere a modelelor ale AI pot completa cunoștințele și intuiția oamenilor de știință, permițând noi metode de investigare și analiză. Pe măsură ce continuăm să integrăm AI în cercetarea științifică, putem aștepta cu nerăbdare multe alte descoperiri inovatoare care ar putea schimba cursul asistenței medicale pentru generațiile viitoare.