人工智能微传感器可检测人脑与肠道之间的关联数据 | 智能医疗

发布日期:2019-09-17 10:00
人体肠道微生物组或生活在消化道中的微生物群落是当今最有前途的科学领域之一,神经科学家尤其关注肠道微生物组和大脑如何相互影响。现在,马里兰大学的一个研究小组正在设计一种人工智能装置来量化肠道微生物组对人类神经系统的实时影响。



直观地说,肠道健康与大脑健康之间的联系是有道理的:例如,想一想当你经历肠道疼痛时可以集中注意力有多困难,或者当你感到焦虑的时候,如何在你的肚子里纠结?肠和脑之间的这种双向关系被称为肠-微生物组-脑轴或GMBA。

有关GMBA的未知以及UMD团队的设备将评估的是神经激活和行为的特定分子原因。研究人员的发现平台将通过测量肠道血清素来测量肠道微生物组与大脑之间的联系。

您可能知道血清素是一种影响一个人情绪的化学物质,或者是许多早期抗抑郁药物的目标。然而,作为神经递质--即刺激神经系统作用的分子--血清素介导各种身体过程和行为:它不仅影响一个人的感受,还影响一个人的思想,习惯,甚至记忆。并且在肠道中发现了95%的体内5-羟色胺,了解肠道微生物组如何刺激血清素的产生以及这种神经递质如何影响神经系统,对于开发治疗抑郁症和肠易激综合症等疾病至关重要。

目前的技术无法近距离和实时地有效研究肠道微生物组触发的细胞和分子信号,但UMD团队创建的平台建议通过结合工程,神经科学,应用微生物学和物理学的专业知识来填补这一知识空白并模拟肠道微生物组血清素活性的实时处理。该团队将首先使用生物工程技术培养肠道内膜模型,以使用多模式集成电极监测肠道血清素的产生。然后,他们将用肠道细菌的不同组合定殖肠道内壁。为了测量这些菌落的不同5-羟色胺产生的神经生理学效应,该平台将整合人类中枢神经系统和肠神经系统之间的联系的代理。最后,该项目将利用机器学习通过计算机模型处理结果,该模型模拟肠道细菌的不同组合的结果。这将提供最清晰的图片,说明与肠道微生物组一样复杂且独特的系统如何影响肠道和大脑健康。

设计平台是整个马里兰大学和A. James Clark工程学院的团队合作。该项目的主要研究员是Reza Ghodssi教授,它有三个联合PI:William Bentley教授,Jens Herberholz副教授和Wolfgang Losert教授。该团队最近获得了美国国家科学基金会了解神经和认知系统综合策略的三年100万美元拨款(NCS)计划。“过去对肠道微生物组的研究往往依赖于无菌小鼠,通过这些动物的无菌肠道定植,可以观察到肠道细菌的影响。”Ghodssi指出。然而,UMD团队项目的跨学科性质允许对肠-微生物组-脑轴进行新的评估。Ghodssi继续说道,“我们的新发现平台通过开发微传感器来提取和测量关于细胞和分子如何通信并将它们连接到人类神经系统代理的实时数据,为这个令人兴奋的GMBA研究领域提供了另一种方法。凭借其在大脑和行为研究中的众多应用,我们相信这种协作努力可以显着推动神经科学领域。”