در طول خواب عمیق، مایعی شبیه به آب درون و اطراف مغز حرکت می‌کند و به حذف زباله‌های متابولیک مرتبط با اختلالاتی از جمله بیماری آلزایمر کمک می‌نماید. این فرایند پاک‌سازی با نام «سیستم گلیمفاتیک» (Glymphatic system) شناخته می‌شود. این سیستم اولین بار در سال ۲۰۱۲ توسط مایکن ندرگارد (Maiken Nedergaard)، عصب‌پژوه پیشگام و هم‌بنیان‌گذار مرکز طب ترجمانی دانشگاه روچستر توصیف شد.
اگرچه دانشمندان اطلاعات زیادی در مورد سیستم گلیمفاتیک به دست آورده‌اند، اما سوالات اصلی درباره نحوه عملکرد واقعی آن همچنان باقی است. یکی از بزرگ‌ترین ابهامات، سرعتی است که مایع از بخش‌های مختلف مغز عبور می‌کند. اندازه‌گیری چنین گردشِ کُندی در یک مغز زنده به‌ویژه چالش‌برانگیز است، زیرا محققان باید بدون ایجاد آسیب دائمی آن را مشاهده کنند.
چالش اندازه‌گیری جریان مایع مغزی
پروفسور داگلاس کلی (Douglas Kelley) از بخش مهندسی مکانیک دانشگاه روچستر می‌گوید:
شما می‌توانید یک میکروسکوپ را روی بخش کوچکی از مغز قرار دهید و اتفاقاتی را که در آنجا رخ می‌دهد با جزئیات زیاد تماشا کنید؛ ما در گذشته با این نوع داده‌ها کار کرده‌ایم، اما این فقط یک نمای بسیار کوچک از کل فرایند است. اگر می‌خواهید از تمام مغز تصویربرداری کنید، ام‌آر‌ای (MRI) یک روش عالی است زیرا نمایی سه بعدی به شما می‌دهد. اما MRI هم محدودیت‌های جدی دارد که بزرگ‌ترین آن‌ها این است که سرعت جریان مایع را ثبت نمی‌کند، حداقل برای جریان‌هایی به این کندی.
برای غلبه بر این محدودیت، «کلی» و محققانی از دانشگاه روچستر، دانشگاه براون و دانشگاه کوپنهاگ به هوش مصنوعی روی آوردند. مطالعه جدید آن‌ها که در مجله Science Advances منتشر شده است، روشی را توصیف می‌کند که از هوش مصنوعی آگاه از قوانین فیزیک (Physics-Informed AI) برای استخراج سرعت جریان مایع از داده‌های تصویربرداری MRI استفاده می‌کند.
محققان شبکه‌های عصبی را با استفاده از ویدیوهایی آموزش دادند که پخش شدن ماده رنگی (ماده حاجب) را در طول زمان در بافت مغز نشان می‌داد. مدل‌های هوش مصنوعی با استفاده از این تغییرات توانستند هم سرعت مایع و هم نفوذپذیری بافت مغزیِ اطراف را تخمین بزنند.
سیستم پاک‌سازی مغز دو سرعت متفاوت دارد!
نتایج نشان داد که دو مسیر اصلی وجود دارد که سیستم گلیمفاتیک از طریق آن‌ها به حذف ذرات از مغز، از جمله پروتئین‌های آمیلوئید بتا مرتبط با بیماری آلزایمر کمک می‌کند. محققان دریافتند که این مسیرها با سرعت‌های به شدت متفاوتی کار می‌کنند.
در مناطق بازترِ اطراف مغز، از جمله ناحیه بین جمجمه و سطح مغز، مایعِ آب‌مانند با سرعت چند میکرون در ثانیه حرکت می‌کند. با این حال، در عمق بافت مغز، مایع بسیار کندتر حرکت می‌کند و نرخ جریان آن تقریباً ۵۰ برابر کمتر است.
این تفاوت بزرگ در سرعت، تصویر شفاف‌تری از نحوه انتقال زباله‌ها از طریق محیط‌های مختلف مغزی به محققان ارائه می‌دهد. مایع می‌تواند در فضاهای باز نسبتاً سریع حرکت کند، در حالی که حرکت آن در بافت متراکم مغز بسیار تدریجی‌تر است.
از مغز حیوانات تا سلامت انسان
در حال حاضر، تیم تحقیقاتی در حال کار روی ثبت اندازه‌گیری‌های پایه از جریان مایع مغزی در حیواناتی مانند موش‌ها است. این اندازه‌گیری‌ها به محققان کمک می‌کند تا ابزارهای هوش مصنوعی را بازنگری کرده و ارتقا دهند.
در نهایت، آن‌ها امیدوارند گردش گلیمفاتیک را در مغزهای سالم و بیمار و همچنین در مغزهای جوان و مسن مقایسه کنند. یک هدف بزرگ و طولانی‌مدت، تعمیم این تکنیک به انسان‌هاست.
کلی می‌گوید: «
ما به شدت تلاش می‌کنیم تا بتوانیم جریان مایعاتِ آب‌مانند را در داخل و اطراف مغز انسان اندازه‌گیری کنیم، زیرا در آن صورت کاربردهای بالینی بسیار مهم‌تر و جذاب‌تر می‌شوند. امیدواریم روزی بتوانیم ببینیم آیا یک بیمار مبتلا به آلزایمر گردش مایع ضعیفی در مغز خود دارد یا خیر، یا حتی برای جلوگیری از ابتلا به آلزایمر، در سنین پایین‌تر غربالگریِ گردش ضعیف مایع را انجام دهیم. یا می‌توانیم بررسی کنیم که وقتی فردی دچار ضربه مغزی می‌شود، آیا گردش مایع در مغز او مختل شده است یا خیر. این مطالعه ما را یک گام نزدیک‌تر می‌کند.
اگر محققان بتوانند در نهایت این حرکات کندِ مایعات را به طور قابل اعتمادی در انسان اندازه‌گیری کنند، این تکنیک می‌تواند روش جدیدی را برای بررسی این موضوع ارائه دهد که آیا گردش طبیعیِ پاک‌سازیِ زباله‌ها در مغز با بیماری آلزایمر، پیری یا آسیب‌های تروماتیک مغزی تغییر می‌کند یا خیر.
منبع: Scitechdaily
