Voxelized simulation of cerebral oxygen perfusion elucidates hypoxia in aged mouse cortex
Notice bibliographique
Résumé
Departures of normal blood flow and metabolite distribution from the cerebral microvasculature into neuronal tissue have been implicated with age-related neurodegeneration. Mathematical models informed by spatially and temporally distributed neuroimage data are becoming instrumental for reconstructing a coherent picture of normal and pathological oxygen delivery throughout the brain. Unfortunately, current mathematical models of cerebral blood flow and oxygen exchange become excessively large in size. They further suffer from boundary effects due to incomplete or physiologically inaccurate computational domains, numerical instabilities due to enormous length scale differences, and convergence problems associated with condition number deterioration at fine mesh resolutions. Our proposed simple finite volume discretization scheme for blood and oxygen microperfusion simulations does not require expensive mesh generation leading to the critical benefit that it drastically reduces matrix size and bandwidth of the coupled oxygen transfer problem. The compact problem formulation yields rapid and stable convergence. Moreover, boundary effects can effectively be suppressed by generating very large replica of the cortical microcirculation in silico using an image-based cerebrovascular network synthesis algorithm, so that boundaries of the perfusion simulations are far removed from the regions of interest. Massive simulations over sizeable portions of the cortex with feature resolution down to the micron scale become tractable with even modest computer resources. The feasibility and accuracy of the novel method is demonstrated and validated with in vivo oxygen perfusion data in cohorts of young and aged mice. Our oxygen exchange simulations quantify steep gradients near penetrating blood vessels and point towards pathological changes that might cause neurodegeneration in aged brains. This research aims to explain mechanistic interactions between anatomical structures and how they might change in diseases or with age. Rigorous quantification of age-related changes is of significant interest because it might aide in the search for imaging biomarkers for dementia and Alzheimer's disease.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».