ИИ исследует мозг

Пространство, окружающее кровеносные сосуды головного мозга, необходимо для движения водных растворов, доставляющих питательные вещества в его ткани и удаляющих из них продукты распада. Поэтому изменения потока спинномозговой жидкости в этом пространстве, которые трудно измерить in vivo, напрямую связаны с нарушениями здоровья центральной нервной системы, в частности изменениями в мелких сосудах, инсультами, травмами, болезнью Альцгеймера и пр. Понимание физиологии болезней и их лечение напрямую зависят от точного определения скоростей потоков, давления и механических напряжений сдвига в жидкости. До сих пор это было невозможно.

Междисциплинарная команда инженеров-механиков, нейрофизиологов и компьютерщиков под началом профессора механической инженерии Университета Рочестера Дугласа Келли (Douglas Kelley) предложила новый метод определения скорости потоков спинномозговой жидкости, чтобы точно и локально определять ее параметры. Ученые измеряли поток в мозге мышей с помощью оптических методов, а к обработке результатов призвали искусственный интеллект.

Успех достигнут на основе предыдущих экспериментов. В них отслеживали инжектированные в поток мелкие частицы и по ним определяли поле его скоростей. На этих данных исследователи обучили алгоритм ИИ, который учитывает физические закономерности потока, описываемые уравнением Навье-Стокса. Тренировка ИИ на двух третях экспериментальных данных позволила получить близкое согласие его предсказаний с третью остальных. Так ИИ выявил детальную трехмерную картину течений на базе гораздо менее точных измерений.

Профессор Келли говорит, что физические параметры очень важны для прояснения нейропроцессов. Знания о трехмерных полях скорости, давлении, объемах протекающей жидкости необходимы, чтобы понять физиологический механизм, заставляющий жидкость течь внутри мозга. Это до сих пор загадка.

Исследователи надеются отследить изменения потока при болезни и старении. Они считают, что новый метод поможет развивать методы лечения заболеваний мозга. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.