IA ajuda a mostrar como os fluidos do cérebro fluem

Uma nova técnica baseada em inteligência artificial para medir o fluxo de fluido ao redor dos vasos sanguíneos do cérebro pode ter grandes implicações para o desenvolvimento de tratamentos para doenças como o mal de Alzheimer.

Os espaços perivasculares que envolvem os vasos sanguíneos cerebrais transportam fluidos semelhantes à água ao redor do cérebro e ajudam a eliminar os resíduos. Alterações no fluxo de fluido estão ligadas a condições neurológicas, incluindo Alzheimer, doença de pequenos vasos, derrames e lesões cerebrais traumáticas, mas são difíceis de medir in vivo.

Uma equipe multidisciplinar de engenheiros mecânicos, neurocientistas e cientistas da computação liderada pelo professor associado da Universidade de Rochester, Douglas Kelley, desenvolveu novas medições de velocimetria de IA para calcular com precisão o fluxo de fluido cerebral. Os resultados são descritos em um estudo publicado pela Anais da Academia Nacional de Ciências.

“Neste estudo, combinamos algumas medições de dentro dos modelos animais com uma nova técnica de IA que nos permitiu medir efetivamente coisas que ninguém jamais conseguiu medir antes”, diz Kelley, membro do corpo docente do Departamento de Engenharia Mecânica de Rochester.

O trabalho se baseia em anos de experimentos liderados pelo coautor do estudo Maiken Nedergaard, codiretor do Centro de Neuromedicina Translacional de Rochester. O grupo já conseguiu realizar estudos bidimensionais sobre o fluxo de fluido em espaços perivasculares, injetando minúsculas partículas no fluido e medindo sua posição e velocidade ao longo do tempo. Mas os cientistas precisavam de medições mais complexas para entender toda a complexidade do sistema – e explorar um sistema tão vital e fluido é um desafio.

Para enfrentar esse desafio, a equipe colaborou com George Karniadakis, da Brown University, para alavancar a inteligência artificial. Eles integraram os dados 2D existentes com redes neurais informadas pela física para criar visualizações de alta resolução sem precedentes no sistema.

“Esta é uma maneira de revelar pressões, forças e a taxa de fluxo tridimensional com muito mais precisão do que poderíamos fazer de outra forma”, diz Kelley. “A pressão é importante porque ninguém sabe ao certo qual mecanismo de bombeamento impulsiona todos esses fluxos ao redor do cérebro. Este é um novo campo.”