Onderzoekers combineerden driedimensionale MRI-scans met fysica-geïnformeerde kunstmatige intelligentie om de stroming van waterachtige vloeistof in en rond de hersenen te meten. Deze stroming maakt deel uit van het glymfatisch systeem en helpt stofwisselingsafval, waaronder amyloïde-bèta, te verwijderen; het systeem werd voor het eerst beschreven in 2012 door Maiken Nedergaard aan de University of Rochester.
Het meten van de snelheid is moeilijk omdat de stromingen zeer traag zijn en een MRI zulke zwakke snelheden niet direct detecteert, aldus professor Douglas Kelley (afdeling werktuigbouwkunde, University of Rochester). Daarom gebruikte het team een aanpak waarbij AI fysische principes meekrijgt. In een studie gepubliceerd in Science Advances trainden de onderzoekers neurale netwerken met video's van kleurstof die zich door hersenweefsel verspreidt. Uit die video's leidde de AI zowel de vloeistofsnelheid als de doorlaatbaarheid van het weefsel af.
De resultaten tonen twee hoofdroutes: een snellere stroom die met enkele micrometers per seconde langs open ruimtes stroomt, bijvoorbeeld het oppervlak tussen schedel en hersenen, en een tragere stroom die door diep hersenweefsel sijpelt en ongeveer vijftig keer langzamer is. Tot nu toe gebruikte het team basismetingen in dieren, zoals muizen, om de AI te voeden. Ze willen later stroming vergelijken in gezonde en zieke hersenen en in jonge en oude hersenen, en streven ernaar circulatie bij mensen te bestuderen.
“We werken hard om de stroming van waterachtige vloeistoffen in en rond menselijke hersenen te kunnen meten, want dan worden de klinische toepassingen veel belangrijker en spannender,” zegt Kelley. Mogelijke toepassingen zijn onder meer:
- controleren of een Alzheimer-patiënt slechte circulatie heeft,
- vroegtijdig screenen op slechte circulatie tijdens iemands leven,
- beoordelen van vloeistofverstoring na een hersenschudding.
Aan de studie werkten onderzoekers van Brown University, URochester en University of Copenhagen mee. Het onderzoek werd gesteund door het NIH National Center for Complementary and Integrative Health en de NIH BRAIN Initiative.
Moeilijke woorden
- glymfatisch — betrekking hebbend op het vloeistofsysteem in hersenen
- doorlaatbaarheid — hoe makkelijk iets vloeistof doorlaat
- trainen — leren van modellen met voorbeelddatatrainden
- netwerk — systeem van verbonden onderdelen of knopennetwerken
- sijpelen — langzaam door kleine openingen bewegensijpelt
- circulatie — beweging of rondgang van vloeistof in lichaam
Tip: beweeg de muisaanwijzer over gemarkeerde woorden in het artikel, of tik erop om snelle definities te zien terwijl je leest of luistert.
Discussievragen
- Welke klinische voordelen kunnen ontstaan als onderzoekers de stroming in menselijke hersenen goed kunnen meten? Geef voorbeelden.
- Waarom is het belangrijk om stroming te vergelijken tussen gezonde en zieke hersenen of tussen jonge en oude hersenen?
- Welke praktische of ethische uitdagingen zie je bij het bestuderen van circulatie van vloeistoffen in mensen?
Gerelateerde artikelen
Sigarettenfilters lekken microvezels in het water
Onderzoekers tonen dat sigarettenfilters meteen microvezels afgeven als ze nat worden. Laboratoriumtests laten zien dat filters in tien dagen extra vezels verliezen. Voor New York schatten de onderzoekers grote dagelijkse lozingen; opvang van peuken wordt aanbevolen.
Bijna de helft van pesticiden op Latijns-Amerikaanse gewassen verboden in de EU
Een studie vond dat van 523 werkzame stoffen die tot December 2020 waren goedgekeurd voor belangrijke gewassen in acht Latijns-Amerikaanse landen, 256 (48.9 per cent) verboden of niet geautoriseerd zijn in de EU. De auteurs waarschuwen voor gezondheidsrisico's en vragen strengere regels.
Medicijnen voor Parkinson veranderen darmbacteriën
Nieuw onderzoek van Yale toont dat bepaalde middelen voor Parkinson het darmmicrobioom kunnen veranderen. Daardoor kan de werking van levodopa verminderen, onder andere doordat Enterococcus faecalis meer voorkomt en levodopa in de darm afbreekt.
Welke voedselallergieën groeien kinderen uit?
Sommige voedselallergieën bij kinderen verdwijnen met het ouder worden, vooral melk en ei. Pinda’s, noten, sesam en schaaldieren blijven vaker bestaan. Factoren zoals IgE, ernst en genetica beïnvloeden tolerantie; OIT en vroege introductie helpen soms.