โมเดลใหม่ที่อิงจากเครือข่ายหลอดเลือดในสมองของหนูแสดงให้เห็นว่าตำแหน่งของหลอดเลือดภายในเครือข่ายการไหลเวียนโลหิตไม่ส่งผลต่อการไหลเวียนของเลือดหรือการขนส่งสารอาหาร การขนส่งส่วนใหญ่ควบคุมโดยการขยายของเรือแทน นอกจากการให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับระบบไหลเวียนเลือดแล้ว แบบจำลองนี้อาจนำไปสู่เนื้อเยื่อเทียมที่ดีขึ้นและเทคนิคการสแกนสมอง
อาจช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงโซลาร์ได้อีกด้วย
ระบบไหลเวียนโลหิตของมนุษย์เป็นเครือข่ายที่ซับซ้อนของหลอดเลือดที่เชื่อมต่อถึงกัน – หลอดเลือดแดง หลอดเลือดดำ และเส้นเลือดฝอย – ที่ขนส่งออกซิเจน ฮอร์โมน สารอาหาร และของเสียทั่วร่างกาย
ในสมอง หากเซลล์ประสาทบางเซลล์ต้องการสารอาหารมากกว่านี้ เซลล์ประสาทจะปล่อยโมเลกุลส่งสัญญาณซึ่งจะทำให้กล้ามเนื้อเล็กๆ รอบ ๆ เส้นเลือดคลายตัว สิ่งนี้ขยาย (ขยาย) หลอดเลือดเพิ่มการไหลเวียนของเลือดและความพร้อมของสารอาหารในท้องถิ่น ความผันผวนของการไหลเวียนของเลือดจึงเป็นสัญญาณของการทำงานของสมองที่เพิ่มขึ้น และสามารถใช้สำหรับการสแกนเนื้อเยื่อสมอง – โดยใช้การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กที่ใช้งานได้
คำถามสำคัญการเพิ่มการไหลเวียนของเลือดไปยังบริเวณสมองบางส่วนนั้นซับซ้อนจากมุมมองของพลวัตของการไหล และนักวิจัยก็กระตือรือร้นที่จะทำความเข้าใจว่าเครือข่ายการขนส่งปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงได้อย่างไร คำถามรวมถึงการขยายหลอดเลือดทำให้เลือดไปเลี้ยงบริเวณใดบริเวณหนึ่งในสมองได้อย่างไร? ตำแหน่งของเส้นเลือดฝอยภายในเครือข่ายหลอดเลือดทั้งหมดมีอิทธิพลต่อการไหลเวียนของเลือด หรือประสิทธิภาพการขนส่งสารอาหารเกี่ยวข้องกับการขยายหลอดเลือดหรือไม่?
เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ นักฟิสิกส์จาก Max Planck
Institute for Dynamics and Self-Organization ในเยอรมนี นำโดย Karen Alimได้สร้างแบบจำลองทางทฤษฎีของกระแสเลือดในเครือข่ายสมองและหลอดเลือดที่สร้างขึ้นใหม่ก่อนหน้านี้
สร้างจากชุดข้อมูลขั้นสูงของ microvasculature เต็มรูปแบบของหนูที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์แบบสองโฟตอนที่ห้องทดลองของ David Kleinfeldที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ทีมงานของ Alim สามารถเข้าถึงคุณสมบัติทั้งไดนามิกและคงที่ของสมองเครือข่ายของหลอดเลือดซึ่งมีมากกว่า 20,000 คน เรือ ชุดข้อมูลยังรวมข้อมูลเกี่ยวกับการไหลเวียนของเลือดในหลอดเลือดเหล่านี้ โดยใช้ข้อมูลนี้ พวกเขาวิเคราะห์พลวัตของการจัดหาสารอาหารภายใต้สถานการณ์ต่างๆ
พลังแห่งการขยายAlim และคณะพบว่าการควบคุมปริมาณสารอาหารและสารเมตาโบไลต์โดยการขยายหลอดเลือดไม่ได้รับอิทธิพลจากสถาปัตยกรรมเครือข่ายของหลอดเลือด หรือตำแหน่งของภาชนะที่เกี่ยวข้องภายในสถาปัตยกรรม เนื่องจากการไหลเชื่อมต่อกันในระบบเหล่านี้ การขยายหลอดเลือดจึงมีบทบาทสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากพิจารณาการขนส่งสารอาหารและอนุภาคโดยการเคลื่อนตัว (การเคลื่อนที่ของของเหลว)
Alim กล่าวว่า “การค้นพบของพวกเขา
ค่อนข้างน่าประหลาดใจ การมีเพศสัมพันธ์ทั่วโลก ดังนั้นตำแหน่งเครือข่ายที่แน่นอนของเรือลำเดียวที่กำลังขยายตัว ไม่สำคัญว่าจะต้องจัดหาสารอาหารเมื่อใด”
“สถานการณ์จะซับซ้อนมากขึ้นเมื่อพูดถึงการขนส่งทรัพยากรในกระแสการไหล ซึ่งเป็นปัญหาที่ไม่เป็นเชิงเส้น” เธอกล่าวเสริม หากภาชนะหนึ่งขยายออก ก็จะนำสารอาหารเข้ามาใกล้มากขึ้น ซึ่งจะทำให้เลือดที่เหลือของสารอาหารขาดไป ซึ่งหมายความว่าต้องพิจารณาถึงความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ปลายน้ำของเรือลำนี้ เพื่อรองรับการแข่งขันสำหรับสารอาหารระหว่างเรือใกล้เคียง
แผงโซลาร์เซลล์ที่ดีขึ้น ผลลัพธ์ของ Alim แสดงให้เห็นว่าเหตุการณ์ทั้งหมดที่กำหนดโครงสร้างของเครือข่าย เช่นในกรณีนี้ พื้นที่เล็กๆ ในสมองของหนู สามารถจัดระเบียบตัวเองเพื่อสร้างการควบคุมในระดับสูงที่จำเป็นต่อการรักษาเซลล์ประสาทให้มีชีวิตอยู่และทำงานได้ แบบจำลองของเธอสามารถจัดหาเครื่องมือเพื่อให้เข้าใจการออกแบบเนื้อเยื่อเทียมที่ใช้งานได้ดีขึ้น หรือเพื่อปรับปรุงกระบวนการ fMRI เพื่อตรวจหาการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมในสมองในท้องถิ่น กล้องจุลทรรศน์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากแมลงถ่ายวิดีโอของเซลล์เม็ดเลือดในการเคลื่อนไหว
การทำงานกับแบบจำลองเชิงทฤษฎีมีประโยชน์อย่างมากในการปรับกรอบงานสำหรับการใช้งานอื่นๆ ทีมงานกำลังศึกษาปัญหาผกผันของการใช้กระแสเลือดในการลำเลียงความร้อน สิ่งมีชีวิตต้นแบบของพวกมันคืองู โดยการดูที่หลอดเลือด 3 มิติของอวัยวะตรวจจับความร้อน ทีมงานตั้งเป้าที่จะทำความเข้าใจพลวัตของกระแสเหล่านี้และใช้พวกมันในทิศทางไบโอนิคเพื่อปรับปรุงการออกแบบแผงโซลาร์เซลล์
Marcus Roperจาก University of California Los Angeles UCLA บอกกับPhysics Worldว่าเขาได้เห็น “ชุดข้อมูลเฉพาะที่กลุ่มของ Dr. Alim วิเคราะห์ โดยส่วนตัวแล้วรู้สึกท่วมท้นสำหรับจำนวนเรือที่มีอยู่ ฉันประหลาดใจที่พวกเขาสามารถหยอกล้อคำอธิบายที่ชัดเจนและน่าสนใจเช่นนี้ได้”
เขาคาดการณ์ว่าเครือข่ายหลอดเลือดทางพยาธิวิทยาที่สร้างขึ้นโดยเนื้องอกหรือเครือข่ายที่ถูกรบกวนซึ่งสร้างขึ้นใหม่ในสมองหลังจากได้รับบาดเจ็บที่สมองที่กระทบกระเทือนจิตใจอาจมีคุณสมบัติในการจัดระเบียบตนเองที่รายงานโดยทีมของ Alim “เห็นได้ชัดว่าเราอยู่ไกลจากถนนยางในแง่ของการใช้งานทางคลินิก แต่ฉันคิดว่าการเข้าใจหลักการทางกายภาพสำหรับการทำงานของเครือข่ายเป็นสิ่งจำเป็นหากเราต้องการใช้สตรีมข้อมูลใหม่เหล่านี้อย่างเต็มศักยภาพ” เขา เพิ่ม
Credit : zakopanetours.net ianwalk.com immergentrecords.com imperialvalleyusbc.org inmoportalgalicia.net iranwebshop.info ispycameltoes.info italiapandorashop.net jpjpwallet.net l3paperhanging.org
