隨著我們大腦的老化，在我們的神經(jīng)元之間傳遞信息的白質(zhì)束中開(kāi)始出現(xiàn)小的病變。病變會(huì)損害這種白質(zhì)并導(dǎo)致認(rèn)知缺陷?，F(xiàn)在，史蒂文斯理工學(xué)院的研究人員及其同事不僅解釋了這些病變的位置，還解釋了它們最初是如何發(fā)展的。
這項(xiàng)由史蒂文斯大學(xué)機(jī)械工程助理教授約翰內(nèi)斯·魏肯邁爾 (Johannes Weickenmeier) 領(lǐng)導(dǎo)的工作強(qiáng)調(diào)了將大腦視為不僅僅是支撐思想形成和記憶產(chǎn)生的神經(jīng)回路的重要性。它也是一個(gè)容易出現(xiàn)故障和機(jī)械故障的物理對(duì)象。“大腦在脆弱區(qū)域很容易磨損，”魏肯邁爾說(shuō)。“特別是在老化的大腦中，我們需要查看它的生物力學(xué)特性，以更好地了解事情是如何開(kāi)始出錯(cuò)的。”
這些病變 - 被稱(chēng)為深部和腦室周?chē)踪|(zhì)高信號(hào)，因?yàn)樗鼈冊(cè)?MRI 掃描中顯示為明亮的白色斑塊 - 知之甚少。但它們并不少見(jiàn)：大多數(shù)人在 60 多歲時(shí)都會(huì)有一些，而且變化只會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而增加。累積的病變?cè)蕉啵L(zhǎng)得越快，我們就越容易出現(xiàn)從記憶問(wèn)題到運(yùn)動(dòng)障礙的認(rèn)知障礙。
使用來(lái)自八名健康受試者的 MRI 掃描結(jié)果，Weickenmeier 與現(xiàn)任蘇黎世大學(xué)博士生 Valery Visser 和紐約大學(xué)格羅斯曼醫(yī)學(xué)院的放射科醫(yī)生 Henry Rusinek 合作，開(kāi)發(fā)了每個(gè)受試者大腦的個(gè)性化計(jì)算機(jī)模型。當(dāng)壓力波通過(guò)受試者的腦脊液或 CSF 時(shí)，該團(tuán)隊(duì)繪制了放置在心室壁上的應(yīng)變圖，即大腦深處充滿液體的腔室的襯里。他們發(fā)現(xiàn)，高信號(hào)往往發(fā)生在必須拉伸更多以適應(yīng)循環(huán) CSF 壓力變化的區(qū)域附近，因?yàn)殡S著這些區(qū)域磨損變薄，CSF 會(huì)滲入大腦并導(dǎo)致病變。
“排列在心室中的細(xì)胞壁會(huì)隨著時(shí)間的推移而磨損，就像一個(gè)反復(fù)膨脹和放氣的氣球，”Weickenmeier 說(shuō)。“而且應(yīng)力并不均勻——它們由心室的幾何形狀定義，因此我們可以預(yù)測(cè)這些故障將發(fā)生的位置。”
該模型為這些病變的位置提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的、基于物理學(xué)的解釋?zhuān)沂玖藱C(jī)械負(fù)荷“必須是疾病發(fā)作的主要因素，”Weickenmeier 說(shuō)。
該團(tuán)隊(duì)最近發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上的研究使用了顯示大腦橫截面的 2D 成像，但魏肯邁爾的團(tuán)隊(duì)此后將其研究擴(kuò)展到大腦的完整 3D 模型。接下來(lái)，Weickenmeier 希望使用 Stevens 開(kāi)發(fā)的先進(jìn) MRI 技術(shù)直接研究心室壁的運(yùn)動(dòng)。
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