În timp ce dormim, creierul nu este deloc inactiv. Dincolo de procesele legate de memorie și refacere, în interiorul său are loc un fenomen esențial: circulația unui lichid care contribuie la eliminarea produșilor reziduali rezultați din activitatea cerebrală. Acum, oamenii de știință au reușit să măsoare cât de repede se deplasează acest lichid prin diferite regiuni ale creierului și au descoperit o diferență uriașă între „rutele” pe care acesta circulă.
În anumite spații deschise din jurul creierului, lichidul se deplasează cu câțiva micrometri pe secundă. Atunci când pătrunde mai adânc în țesutul cerebral, însă, viteza sa poate fi de aproximativ 50 de ori mai mică.
Descoperirea ar putea ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine sistemul natural prin care creierul elimină deșeurile și, în viitor, să investigheze dacă funcționarea acestuia este afectată de îmbătrânire, boala Alzheimer sau traumatismele cerebrale.
Procesul este cunoscut sub numele de sistem limfatic. Acesta a fost descris pentru prima dată în 2012 de cercetătoarea Maiken Nedergaard, de la University of Rochester Center for Translational Neuromedicine.
Sistemul permite circulația unui lichid asemănător apei prin și în jurul creierului, contribuind la îndepărtarea produșilor reziduali ai metabolismului cerebral.
Printre substanțele transportate se numără și proteine precum beta-amiloidul, cunoscut pentru asocierea sa cu boala Alzheimer.
Activitatea sistemului limfatic devine deosebit de importantă în timpul somnului profund. Tocmai de aceea, oamenii de știință încearcă de mai mulți ani să înțeleagă exact cum circulă lichidul și cu ce viteză se deplasează. Măsurarea acestuia într-un creier viu este însă extrem de dificilă.
Pentru a depăși această problemă, o echipă de cercetători de la University of Rochester, Brown University și University of Copenhagen a dezvoltat o metodă care combină imagistica prin rezonanță magnetică cu inteligența artificială.
Studiul, publicat în revista Science Advances, prezintă o tehnică numită MR-AIV, care utilizează inteligență artificială informată de legile fizicii pentru a calcula viteza fluxului de lichid pornind de la datele obținute prin RMN.
RMN-ul oferă imagini tridimensionale ale întregului creier, dar nu poate măsura direct viteza unor fluxuri atât de lente. Cercetătorii au antrenat rețele neuronale folosind imagini care arătau modul în care o substanță de contrast se răspândea prin țesutul cerebral în timp.
Analizând aceste modificări, sistemul bazat pe AI a putut estima atât viteza lichidului, cât și permeabilitatea țesutului prin care acesta circula.
Rezultatele au scos la iveală două modalități foarte diferite prin care lichidul se deplasează prin creier. În spațiile mai deschise din jurul acestuia, inclusiv în regiunea dintre craniu și suprafața creierului, lichidul circulă cu o viteză de câțiva micrometri pe secundă.
În interiorul țesutului cerebral dens, deplasarea este mult mai lentă. Cercetătorii au calculat că viteza poate fi de aproximativ 50 de ori mai mică decât cea observată în spațiile deschise.
Diferența oferă o imagine mult mai clară asupra modului în care substanțele reziduale pot fi transportate prin creier. În jurul acestuia există, practic, trasee pe care lichidul poate circula relativ rapid, în timp ce trecerea prin țesutul cerebral propriu-zis este un proces mult mai lent.
Una dintre cele mai interesante direcții de cercetare privește boala Alzheimer. Sistemul limfatic participă la eliminarea unor molecule din creier, inclusiv a beta-amiloidului. Acumularea anormală a acestei proteine sub forma plăcilor de amiloid este una dintre caracteristicile bolii Alzheimer.
Noua metodă nu demonstrează însă că un sistem limfatic lent provoacă Alzheimer și nici că accelerarea lui ar putea preveni boala.
Ceea ce oferă cercetătorilor este, înainte de toate, o modalitate nouă de a măsura circulația extrem de lentă a lichidului cerebral. În viitor, oamenii de știință speră să poată compara valorile obținute în creiere sănătoase cu cele întâlnite în diferite boli.
Aceasta este una dintre cele mai importante limite ale descoperirii. Echipa lucrează în prezent la stabilirea unor valori de referință pentru circulația lichidului cerebral la animale, inclusiv la șoareci. Datele sunt folosite pentru perfecționarea instrumentelor bazate pe inteligență artificială.
Obiectivul pe termen lung este aplicarea tehnologiei și la oameni. Dacă acest lucru va deveni posibil, cercetătorii ar putea investiga dacă o persoană cu Alzheimer prezintă modificări ale circulației lichidului cerebral sau dacă astfel de schimbări pot fi detectate înainte de apariția bolii.
O altă posibilă utilizare ar fi în cazul traumatismelor craniene. După o comoție cerebrală, medicii ar putea verifica dacă circulația acestor fluide a fost perturbată.
De asemenea, metoda ar putea permite comparații între creierul tânăr și cel îmbătrânit.
Studiul oferă o imagine mai precisă asupra unui mecanism care devine deosebit de activ în timpul somnului profund, dar nu stabilește câte ore trebuie să dormim pentru ca sistemul limfatic să funcționeze optim și nici nu arată că o singură noapte nedormită determină acumularea periculoasă de toxine.
Descoperirea importantă este alta: cercetătorii au acum un instrument cu care pot măsura un proces extrem de lent și dificil de observat în creierul viu.
Iar rezultatele arată că „sistemul de curățenie” al creierului nu funcționează cu o singură viteză. Lichidul poate circula relativ rapid prin spațiile deschise din jurul creierului, dar încetinește de aproximativ 50 de ori atunci când se deplasează prin țesutul cerebral profund.
Înțelegerea acestor două „viteze” ar putea fi un pas important către descifrarea modului în care creierul elimină produșii reziduali și a felului în care acest mecanism se modifică odată cu vârsta sau în anumite boli neurologice.
Sursă foto: Shutterstock
Preluat de la: csid.ro
