MRI en AI meten vloeistofstromen in de hersenen ^{CEFR B2}

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.