ทีมนักวิจัยใช้เทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence หรือ AI) ร่วมกับการถ่ายภาพสแกนสมองด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Magnetic Resonance Imaging หรือ MRI) เพื่อวัดความเร็วการไหลเวียนของของเหลวในสมองที่ทำหน้าที่ชะล้างของเสียอันตราย ซึ่งเป็นต้นเหตุของโรคอัลไซเมอร์ (Alzheimer’s disease) ความสำเร็จครั้งนี้ช่วยไขปริศนาการทำงานของระบบกำจัดของเสียในสมองที่ซ่อนอยู่มานาน และปูทางไปสู่การวินิจฉัยรวมถึงการรักษาโรคทางระบบประสาทอย่างแม่นยำในอนาคต
เมื่อมนุษย์เข้าสู่ภาวะหลับลึก (Deep sleep) สมองจะหลั่งของเหลวใสลักษณะคล้ายน้ำออกมาไหลเวียนรอบสมอง เพื่อชะล้างของเสียจากกระบวนการ Metabolic waste ซึ่งมีความเชื่อมโยงกับโรคอัลไซเมอร์ กระบวนการดังกล่าวเป็นที่รู้จักในชื่อ Glymphatic system ซึ่งถูกค้นพบและอธิบายไว้เป็นครั้งแรกเมื่อปี พ.ศ. 2555 โดย ศาสตราจารย์ ไมเคน เนเดอร์การ์ด นักประสาทวิทยาศาสตร์ผู้บุกเบิกและผู้อำนวยการร่วมแห่งศูนย์เวชศาสตร์ระบบประสาทปริวรรต มหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ (University of Rochester)
แม้จะมีการค้นพบระบบที่สำคัญนี้ แต่กลไกการทำงานระดับลึกยังคงเป็นปริศนา โดยเฉพาะประเด็นเรื่องความเร็วในการไหลเวียนของของเหลว เนื่องจากการศึกษาการไหลเวียนในสมองของสิ่งมีชีวิตโดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายนั้นทำได้ยากมาก ศาสตราจารย์ ดักลาส เคลลีย์ (Douglas Kelley) จากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ อธิบายว่า การใช้กล้องจุลทรรศน์ส่องดูเนื้อเยื่อสมองขนาดเล็กนั้นให้รายละเอียดภาพได้ดี แต่ก็เป็นเพียงการมองเห็นมุมมองเล็ก ๆ ของกระบวนการทั้งหมด ในขณะที่การถ่ายภาพสแกนสมองด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถให้ภาพรวมแบบสามมิติได้ ทว่าก็มีข้อจำกัดใหญ่คือระบบไม่สามารถจับความเร็วของการไหลเวียนที่เชื่องช้ามาก ๆ ได้
เพื่อก้าวข้ามข้อจำกัดดังกล่าว ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ มหาวิทยาลัยบราวน์ (Brown University) และมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน (University of Copenhagen) จึงตัดสินใจพึ่งพาเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์เข้ามาช่วย งานวิจัยชิ้นใหม่ซึ่งตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ Science Advances ได้เปิดเผยวิธีการใช้โครงข่ายประสาทเทียมที่ผสานหลักการทางฟิสิกส์เข้าไปช่วยวิเคราะห์ข้อมูลจากการสแกนสมอง ทีมวิจัยใช้ปัญญาประดิษฐ์ประมวลผลวิดีโอการแพร่กระจายของสารทึบรังสีในเนื้อเยื่อสมอง เพื่อคำนวณและอนุมานความเร็วในการไหลของของเหลวรวมถึงระดับความสามารถในการซึมผ่านของเนื้อเยื่อสมอง
ผลการวิเคราะห์จากระบบเผยให้เห็นว่า ระบบกลิมฟาติกมีรูปแบบการชะล้างอนุภาคในสมอง เช่น โปรตีนแอมีลอยด์บีตา (Amyloid beta proteins) ซึ่งเชื่อมโยงกับโรคอัลไซเมอร์ อยู่สองรูปแบบหลัก โดยความเร็วของการไหลเวียนแบบแรกนั้นเร็วกว่าอีกแบบหนึ่งอย่างเห็นได้ชัด การไหลเวียนแบบเร็วจะเกิดขึ้นบริเวณพื้นที่เปิดรอบสมอง เช่น พื้นผิวระหว่างกะโหลกศีรษะและเนื้อสมอง โดยมีความเร็วอยู่ที่ระดับไม่กี่ไมโครเมตรต่อวินาที ในขณะที่การไหลเวียนแบบช้าจะเป็นลักษณะของเหลวที่ค่อย ๆ ไหลซึมผ่านเนื้อเยื่อสมองชั้นลึก ซึ่งมีอัตราความเร็วช้ากว่าแบบแรกถึงประมาณ 50 เท่า
ในปัจจุบัน ทีมวิจัยกำลังมุ่งเน้นไปที่การเก็บข้อมูลเพื่อสร้างฐานการวัดมาตรฐานของการไหลเวียนของเหลวในสมองของสัตว์ทดลอง เช่น หนู เพื่อใช้เป็นข้อมูลฝึกสอนเครื่องมือปัญญาประดิษฐ์ สำหรับทิศทางในอนาคต พวกเขาตั้งเป้าที่จะเปรียบเทียบการไหลเวียนของเหลวระหว่างสมองที่แข็งแรงและสมองที่ป่วย รวมถึงสมองในช่วงวัยต่าง ๆ โดยมีความมุ่งหวังสูงสุดคือการนำไปประยุกต์ใช้ในการศึกษาการไหลเวียนในสมองของมนุษย์อย่างสมบูรณ์แบบ
ศาสตราจารย์เคลลีย์กล่าวทิ้งท้ายว่า หากเทคโนโลยีนี้สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการแพทย์ทางคลินิกได้จริง จะสร้างประโยชน์อย่างมหาศาล ในอนาคตแพทย์อาจสามารถตรวจคัดกรองบุคคลที่มีปัญหาการไหลเวียนในสมองได้ตั้งแต่เนิ่น ๆ เพื่อหาทางสกัดกั้นหรือชะลอการเกิดโรคอัลไซเมอร์ หรือแม้กระทั่งใช้ตรวจสอบว่าผู้ป่วยที่ได้รับการกระทบกระเทือนทางสมอง (Concussion) มีภาวะระบบการไหลเวียนของเหลวในสมองผิดปกติหรือไม่ การศึกษานี้จึงถือเป็นก้าวสำคัญที่ช่วยพามนุษยชาติเข้าใกล้ความสำเร็จในการปกป้องสมองจากโรคร้ายไปอีกขั้น
- ข้อมูลอ้างอิง: มหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ (University of Rochester)
About Author
