Künstliche Intelligenz hat Wissenschaftlern geholfen, das versteckte Reinigungssystem des Gehirns zu kartieren und zwei unterschiedliche Geschwindigkeiten des Flüssigkeitsflusses aufzudecken: eine schnelle Bahn um die äußeren Oberflächen des Gehirns und eine viel langsamere Bahn durch tiefes Gewebe. Diese Entdeckung könnte zu einer früheren Erkennung von Durchblutungsproblemen führen, die mit Alzheimer, Alterung und Gehirnerschütterungen in Verbindung stehen.
Die Forschung
Forscher der University of Rochester, der Brown University und der Universität Kopenhagen verwendeten einen physikbasierten KI-Ansatz, um Fließgeschwindigkeiten aus MRT-Daten zu berechnen. Unter der Leitung von Professor Douglas Kelley von der Abteilung für Maschinenbau der Universität Rochester trainierte das Team neuronale Netze auf Videos, die die Ausbreitung von Farbstoff durch das Gehirngewebe im Laufe der Zeit zeigen. Durch die Analyse der Bewegung des Farbstoffs schätzte die KI sowohl die Flüssigkeitsgeschwindigkeit als auch die Permeabilität des umgebenden Gewebes.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in Science Advances, zeigen, dass Flüssigkeit in offenen Bereichen um das Gehirn – wie dem Raum zwischen Schädel und Gehirn – mit einigen Mikrometern pro Sekunde strömt. Aber tiefer im Gehirngewebe ist der Fluss etwa 50-mal langsamer. Dieses Zwei-Geschwindigkeiten-System ist Teil des glymphatischen Systems, das erstmals 2012 von Maiken Nedergaard, Co-Direktorin des Rochester Center for Translational Neuromedicine, beschrieben wurde.
„Man kann ein Mikroskop auf einen kleinen Bereich des Gehirns richten und beobachten, was dort mit vielen Details passiert“, sagt Kelley, „aber es ist nur ein winziger Ausschnitt des gesamten Prozesses. MRT bietet eine 3D-Sicht, erfasst aber nicht die Fließgeschwindigkeit für so langsame Strömungen.“ Die KI überwand diese Einschränkung.
Warum es wichtig ist
Diese Forschung könnte Ärzten helfen, Durchblutungsprobleme im Gehirn frühzeitig zu erkennen. „Wir hoffen, eines Tages feststellen zu können, ob ein Alzheimer-Patient eine schlechte Durchblutung im Gehirn hat, oder sogar eine schlechte Durchblutung früher im Leben zu erkennen, um Alzheimer abzuwenden“, sagt Kelley. „Oder wir könnten nach einer Gehirnerschütterung prüfen, ob die Flüssigkeitszirkulation im Gehirn gestört ist.“
Für alle, die sich für ihre kognitive Gesundheit interessieren, könnte das Verständnis dieser Abfallentsorgungswege Lebensstilentscheidungen informieren, die die Gehirnfunktion unterstützen, wie Schlaf und Bewegung.
Was Sie tun können
Während diese Forschung noch an Tiermodellen durchgeführt wird, können Sie das natürliche Reinigungssystem Ihres Gehirns unterstützen, indem Sie tiefen Schlaf priorisieren, körperlich aktiv bleiben und geistig engagiert bleiben. Diese Gewohnheiten unterstützen bekanntermaßen die allgemeine kognitive Gesundheit und können eine gesunde glymphatische Funktion fördern.
Quelle: ScienceDaily Mind & Brain
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