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)束中開始出現(xiàn)小的病變。病變會損害這種白質(zhì)并導(dǎo)致認知缺陷?，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。
這項由史蒂文斯大學(xué)機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。它也是一個容易出現(xiàn)故障和機械故障的物理對象。“大腦在脆弱區(qū)域很容易磨損，”魏肯邁爾說。“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始出錯的。”
這些病變 - 被稱為深部和腦室周圍白質(zhì)高信號，因為它們在 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：大多數(shù)人在 60 多歲時都會有一些，而且變化只會隨著年齡的增長而增加。累積的病變越多，生長得越快，我們就越容易出現(xiàn)從記憶問題到運動障礙的認知障礙。
使用來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，開發(fā)了每個受試者大腦的個性化計算機模型。當(dāng)壓力波通過受試者的腦脊液或 CSF 時，該團隊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，因為隨著這些區(qū)域磨損變薄，CSF 會滲入大腦并導(dǎo)致病變。
“排列在心室中的細胞壁會隨著時間的推移而磨損，就像一個反復(fù)膨脹和放氣的氣球，”Weickenmeier 說。“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簡單的、基于物理學(xué)的解釋，揭示了機械負荷“必須是疾病發(fā)作的主要因素，”Weickenmeier 說。
該團隊最近發(fā)表在《科學(xué)報告》上的研究使用了顯示大腦橫截面的 2D 成像，但魏肯邁爾的團隊此后將其研究擴展到大腦的完整 3D 模型。接下來，Weickenmeier 希望使用 Stevens 開發(fā)的先進 MRI 技術(shù)直接研究心室壁的運動。
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