La IA ayuda a mostrar cómo fluyen los fluidos del cerebro

Una nueva técnica basada en inteligencia artificial para medir el flujo de fluidos alrededor de los vasos sanguíneos del cerebro podría tener grandes implicaciones para el desarrollo de tratamientos para enfermedades como el Alzheimer.

Los espacios perivasculares que rodean los vasos sanguíneos cerebrales transportan fluidos similares al agua alrededor del cerebro y ayudan a eliminar los desechos. Las alteraciones en el flujo de fluidos están relacionadas con afecciones neurológicas, como el Alzheimer, la enfermedad de los vasos sanguíneos pequeños, los accidentes cerebrovasculares y las lesiones cerebrales traumáticas, pero son difíciles de medir in vivo.

Un equipo multidisciplinario de ingenieros mecánicos, neurocientíficos e informáticos dirigido por el profesor asociado de la Universidad de Rochester, Douglas Kelley, desarrolló nuevas medidas de velocimetría de IA para calcular con precisión el flujo de líquido cerebral. Los resultados se describen en un estudio publicado por procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

«En este estudio, combinamos algunas medidas del interior de los modelos animales con una nueva técnica de IA que nos permitió medir de manera efectiva cosas que nadie había podido medir antes», dice Kelley, miembro de la facultad del Departamento de Ingeniería Mecánica de Rochester.

El trabajo se basa en años de experimentos dirigidos por el coautor del estudio, Maiken Nedergaard, codirector del Centro de Neuromedicina Traslacional de Rochester. Anteriormente, el grupo pudo realizar estudios bidimensionales sobre el flujo de fluidos en los espacios perivasculares inyectando partículas diminutas en el fluido y midiendo su posición y velocidad a lo largo del tiempo. Pero los científicos necesitaban mediciones más complejas para comprender la complejidad total del sistema, y ​​explorar un sistema fluido tan vital es un desafío.

Para abordar ese desafío, el equipo colaboró ​​​​con George Karniadakis de la Universidad de Brown para aprovechar la inteligencia artificial. Integraron los datos 2D existentes con redes neuronales informadas por la física para crear vistas de alta resolución sin precedentes en el sistema.

«Esta es una forma de revelar presiones, fuerzas y el caudal tridimensional con mucha más precisión de lo que podríamos hacer de otra manera», dice Kelley. «La presión es importante porque todavía nadie sabe con certeza qué mecanismo de bombeo impulsa todos estos flujos alrededor del cerebro. Este es un campo nuevo».