Uykuya Daldığımız An Başlayan Temizlik: Beynimizin Görünmez Yıkama Dalgası Ne Kadar Hızlı?
Yapay zeka, uyuyan beynin zararlı atıklardan arınmasına yardımcı olan, dikkat çekici ve iki aşamalı bir temizleme sistemini ortaya çıkardı.
Derin uykuuyku sırasında, su benzeri bir sıvı beynin içinde ve çevresinde hareket ederek Alzheimer hastalığı gibi rahatsızlıklarla ilişkili metabolik atıkların uzaklaştırılmasına yardımcı olur. Bu temizleme süreci, “glimfatik sistem” olarak bilinir. Sistem ilk kez 2012 yılında, Rochester Üniversitesi Translasyonel Nörotıp Merkezi’nin eş direktörü ve öncü bir sinirbilimci olan Maiken Nedergaard tarafından tanımlanmıştır.
Bilim insanları glimfatik sistem hakkında pek çok bilgi edinmiş olsalar da, sistemin gerçekte nasıl işlediğine dair önemli sorular varlığını koruyor. En büyük belirsizliklerden biri, sıvının beynin farklı bölgelerinde hangi hızla hareket ettiğidir. Canlı bir beyinde bu denli yavaş bir dolaşımı ölçmek özellikle zordur; çünkü araştırmacıların bu süreci kalıcı bir hasara yol açmadan gözlemlemeleri gerekir.
Beyin Sıvısı Akışını Ölçmenin Zorluğu
Rochester Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Douglas Kelley, “Beynin küçük bir bölgesine mikroskop yerleştirip orada neler olup bittiğini büyük bir ayrıntıyla izleyebilirsiniz —ki geçmişte bu tür verilerle çalıştık— ancak bu, sürecin bütününe kıyasla yalnızca çok küçük bir kesiti görmenizi sağlar,” diyor. “Eğer tüm beyni görüntülemek isterseniz, MRI (Manyetik Rezonans Görüntüleme) harika bir yöntemdir çünkü size üç boyutlu bir görüntü sunar. Ancak MRI’ın da ciddi sınırlamaları vardır; bunların başında da sıvı akış hızını —en azından bu kadar yavaş akışlar söz konusu olduğunda— yakalayamaması gelir.”
Bu sınırlamayı aşmak amacıyla Kelley ve Rochester Üniversitesi, Brown Üniversitesi ile Kopenhag Üniversitesi’nden araştırmacılar yapay zekaya yöneldiler. *Science Advances* dergisinde yayımlanan yeni çalışmaları, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) verilerinden sıvı akış hızlarını elde etmek için fizik tabanlı yapay zekayı kullanan bir yöntemi tanımlıyor.
Araştırmacılar, boya maddesinin zaman içinde beyin dokusuna yayıldığını gösteren videoları kullanarak yapay sinir ağlarını eğittiler. Yapay zeka modelleri, bu değişimlerden yola çıkarak hem sıvının hızını hem de çevredeki beyin dokusunun geçirgenliğini tahmin edebildi.
Beynin Temizlik Sisteminin İki Farklı Hızı Var
Elde edilen sonuçlar, glimfatik sistemin Alzheimer hastalığıyla ilişkili amiloid beta proteinleri de dahil olmak üzere çeşitli parçacıkları beyinden uzaklaştırmasına yardımcı olan iki temel yolu ortaya koydu. Araştırmacılar, bu yolların birbirinden çok farklı hızlarda işlediğini tespit etti.
Kafatası ile beyin yüzeyi arasındaki bölge de dahil olmak üzere beynin çevresindeki daha açık alanlarda, su benzeri sıvı saniyede birkaç mikronluk bir hızla ilerliyor. Ancak beyin dokusunun daha derinlerinde sıvı çok daha yavaş hareket ediyor ve yaklaşık 50 kat daha düşük bir hızla akıyor.
Hızdaki bu büyük fark, atıkların farklı beyin ortamlarında nasıl taşınabileceğine dair araştırmacılara daha net bir tablo sunuyor. Sıvı, açık boşluklarda nispeten hızlı hareket edebilirken, yoğun beyin dokusu içindeki hareketi çok daha yavaştır.
Hayvan Beyinlerinden İnsan Sağlığına
Araştırma ekibi şu anda fare gibi hayvanlarda beyin sıvısı akışına dair temel ölçümleri belirlemek üzerinde çalışıyor. Bu ölçümler, araştırmacıların yapay zeka araçlarını hassaslaştırmasına ve geliştirmesine yardımcı oluyor.
Araştırmacılar nihayetinde, sağlıklı ve hasta beyinlerin yanı sıra genç ve yaşlı beyinlerdeki glimfatik dolaşımı karşılaştırmayı hedefliyor. Uzun vadeli temel amaçlardan biri de bu tekniği insanlar üzerinde uygulanabilir hale getirmektir.
Kelley, “İnsan beyninin içinde ve çevresindeki su benzeri sıvıların akışını ölçebilmek için yoğun bir şekilde çalışıyoruz; çünkü bu başarıldığında, yöntemin klinik uygulamaları çok daha önemli ve heyecan verici bir nitelik kazanacak,” diyor. “Bir gün, bir Alzheimer hastasının beynindeki dolaşımın zayıf olup olmadığını görebilmeyi ya da Alzheimer’ı geciktirmek amacıyla, yaşamın daha erken dönemlerinde zayıf dolaşım belirtilerini tarayabilmeyi umuyoruz. Ayrıca, bir kişi beyin sarsıntısı geçirdiğinde, beynindeki sıvı dolaşımının bozulup bozulmadığını da kontrol edebiliriz. Bu çalışma bizi hedefe bir adım daha yaklaştırıyor.”
Araştırmacılar günün birinde bu yavaş sıvı hareketlerini insanlar üzerinde güvenilir bir şekilde ölçebilirlerse, söz konusu teknik; beynin doğal atık temizleme dolaşımının Alzheimer hastalığı, yaşlanma veya travmatik beyin hasarı ile değişip değişmediğini incelemek adına yeni bir yöntem sunabilir.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Uykunun Kaçınılmaz Olduğunu Fısıldayan Hücreler: Neden Eninde Sonunda Uyuruz?