随着我们大脑的老化，在我们的神经元之间传递信息的白质束中开始出现小的病变。病变会损害这种白质并导致认知缺陷。现在，史蒂文斯理工学院的研究人员及其同事不仅解释了这些病变的位置，还解释了它们最初是如何发展的。
这项由史蒂文斯大学机械工程助理教授约翰内斯·魏肯迈尔 (Johannes Weickenmeier) 领导的工作强调了将大脑视为不仅仅是支撑思想形成和记忆产生的神经回路的重要性。它也是一个容易出现故障和机械故障的物理对象。“大脑在脆弱区域很容易磨损，”魏肯迈尔说。“特别是在老化的大脑中，我们需要查看它的生物力学特性，以更好地了解事情是如何开始出错的。”
这些病变 - 被称为深部和脑室周围白质高信号，因为它们在 MRI 扫描中显示为明亮的白色斑块 - 知之甚少。但它们并不少见：大多数人在 60 多岁时都会有一些，而且变化只会随着年龄的增长而增加。累积的病变越多，生长得越快，我们就越容易出现从记忆问题到运动障碍的认知障碍。
使用来自八名健康受试者的 MRI 扫描结果，Weickenmeier 与现任苏黎世大学博士生 Valery Visser 和纽约大学格罗斯曼医学院的放射科医生 Henry Rusinek 合作，开发了每个受试者大脑的个性化计算机模型。当压力波通过受试者的脑脊液或 CSF 时，该团队绘制了放置在心室壁上的应变图，即大脑深处充满液体的腔室的衬里。他们发现，高信号往往发生在必须拉伸更多以适应循环 CSF 压力变化的区域附近，因为随着这些区域磨损变薄，CSF 会渗入大脑并导致病变。
“排列在心室中的细胞壁会随着时间的推移而磨损，就像一个反复膨胀和放气的气球，”Weickenmeier 说。“而且应力并不均匀——它们由心室的几何形状定义，因此我们可以预测这些故障将发生的位置。”
该模型为这些病变的位置提供了一个简单的、基于物理学的解释，揭示了机械负荷“必须是疾病发作的主要因素，”Weickenmeier 说。
该团队最近发表在《科学报告》上的研究使用了显示大脑横截面的 2D 成像，但魏肯迈尔的团队此后将其研究扩展到大脑的完整 3D 模型。接下来，Weickenmeier 希望使用 Stevens 开发的先进 MRI 技术直接研究心室壁的运动。
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