Forscher haben MRT-Aufnahmen mit einer physik‑informierten künstlichen Intelligenz kombiniert, um die Strömung einer wasserähnlichen Flüssigkeit im Gehirn zu quantifizieren. Diese Flüssigkeit ist Teil des glymphatischen Systems, das 2012 erstmals beschrieben wurde und beim Abtransport von Stoffwechselabfällen eine Rolle spielt. Störungen dieses Kreislaufs stehen in Zusammenhang mit Erkrankungen wie Alzheimer.
Die Schwierigkeit liegt in der sehr geringen Geschwindigkeit der Strömungen, die ein MRT laut Professor Douglas Kelley von der University of Rochester nicht direkt(erfassen) kann. In der Studie in Science Advances trainierten die Forschenden neuronale Netze mit Videos, die zeigen, wie Farbstoff sich im Zeitverlauf durch Hirngewebe ausbreitet. Aus diesen Trainingsdaten schloss die KI sowohl auf lokale Strömungsgeschwindigkeiten als auch auf die Durchlässigkeit des Gewebes.
Die Ergebnisse beschreiben zwei Hauptwege: einen schnelleren Fluss, der sich mit einigen Mikrometern pro Sekunde entlang offener Bereiche wie der Oberfläche zwischen Schädel und Gehirn bewegt, und einen langsamen Weg, der durch tiefes Hirngewebe sickert und etwa 50‑mal langsamer ist. Das Team arbeitete zunächst mit Basisdaten an Tieren wie Mäusen und plant, gesunde und kranke sowie junge und alte Gehirne zu vergleichen. Langfristig streben sie Messungen beim Menschen an, weil dies die klinische Bedeutung erhöht und etwa helfen könnte, schlechte Zirkulation bei Alzheimer-Patienten zu erkennen, früher zu screenen oder Flüssigkeitsstörungen nach einer Gehirnerschütterung zu beurteilen.
Weitere Kooperationspartner sind Brown University, URochester und die University of Copenhagen. Die Forschung wurde vom NIH National Center for Complementary and Integrative Health und der NIH BRAIN Initiative gefördert.
Schwierige Wörter
- quantifizieren — eine genaue Menge oder Größe messen
- glymphatisch — das Abtransportssystem im Gehirn betreffendglymphatischen
- abtransport — das Wegführen von Stoffen aus dem Körper
- strömungsgeschwindigkeit — die Geschwindigkeit, mit der Flüssigkeit fließtStrömungsgeschwindigkeiten
- durchlässigkeit — wie leicht Flüssigkeit durch Gewebe geht
- trainieren — einem Modell Beispiele zum Lernen gebentrainierten
- sickern — langsam und gleichmäßig durch Material fließensickert
Tipp: Fahre über markierte Wörter oder tippe darauf, um kurze Definitionen zu sehen – während du liest oder zuhörst.
Diskussionsfragen
- Welche konkreten Vorteile könnte die Messung der Gehirnströmung beim Menschen für Patientinnen und Patienten haben? Nennen Sie mindestens zwei Beispiele aus dem Text.
- Welche Probleme könnten auftreten, wenn Ergebnisse von Tierversuchen auf den Menschen übertragen werden? Begründen Sie Ihre Meinung kurz.
- Wie könnte der Einsatz physik‑informierter KI die Forschung zu Erkrankungen wie Alzheimer verändern? Nennen Sie mögliche Chancen oder Risiken.
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