通过实验、建模和仿真相结合的方法探索人脑力学

Q3 Engineering Brain multiphysics Pub Date : 2023-01-01 DOI:10.1016/j.brain.2023.100076

Silvia Budday

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摘要

脑组织不仅是人体中最重要的组织之一，而且可以说是最复杂和最灵活的组织之一。虽然长期被低估，但越来越多的证据证实，力学在调节大脑功能和功能障碍方面起着关键作用。基于非线性连续介质力学的计算模型可以帮助理解大脑的基本过程，例如发育、损伤和疾病过程，并促进神经系统疾病的预防、早期诊断和治疗。通过将人类脑组织的生物力学实验、微观结构分析、连续介质力学建模和有限元模拟紧密结合，我们开发了计算模型，可以捕捉细胞尺度上的生物过程和组织或器官尺度上的宏观负载和病理。为了模拟前者，我们引入细胞密度作为控制局部组织刚度和发育过程中大脑生长的附加场。我们证明，我们的模型能够捕捉细胞密度和皮层折叠在发育中的大脑的进化，以及在成人大脑组织特性的区域变化。在未来，这些模型可以帮助我们更深入地了解人类大脑在生理和病理条件下的行为，并解决临床相关问题。意义声明:基于非线性连续介质力学的计算模型可以帮助理解人类大脑的基本过程，例如发育、损伤和疾病过程，并有助于预防、早期诊断和治疗神经系统疾病。然而，这些模型在临床应用中的实际价值关键取决于它们的准确性。通过紧密结合人类脑组织的生物力学实验、微观结构分析、连续介质力学建模和有限元模拟，我们开发了计算模型，可以准确地捕捉细胞尺度上的生物过程和组织或器官尺度上的宏观负载和病理，为它们在临床中的应用铺平了道路。

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