通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)大腦中的藥物效用如何

（文章來(lái)源：量子認(rèn)知）

藥物是否以正確的量到達(dá)我們大腦的正確位置？這是藥物醫(yī)學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直尋求解決的問(wèn)題，也是所有服藥的人們極為關(guān)心的具體問(wèn)題。最近，荷蘭萊頓大學(xué)的科學(xué)家通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型來(lái)描述我們大腦的小“大腦塊”，可以預(yù)測(cè)大腦中隨時(shí)間和空間變化的藥物的濃度。

萊頓大學(xué)（荷蘭語(yǔ)：Universiteit Leiden）座落在荷蘭的萊頓市，是目前荷蘭最古老的大學(xué)，享有極高的國(guó)際聲譽(yù)。該校建立于1575年，由荷蘭威廉王子所建，荷蘭君主威廉明娜女王、朱麗安娜女王、貝婭特麗克絲女王以及威廉-亞歷山大國(guó)王都曾在萊頓大學(xué)學(xué)習(xí)。

研究人員說(shuō)：“迄今為止，成功地運(yùn)用于大腦的藥物仍然十分有限。歷來(lái)對(duì)我們大腦的復(fù)雜性以及藥物如何在大腦中自我分配仍然不甚了解”。因此，研究人員開(kāi)發(fā)了數(shù)學(xué)3D立體模型，以預(yù)測(cè)大腦中的藥物濃度。 這種嶄新的模型描述了藥物在時(shí)間和空間上的擴(kuò)散，從而可以認(rèn)知藥物分配的不同過(guò)程。

準(zhǔn)確地了解藥物在大腦中的擴(kuò)散方式和數(shù)量對(duì)于開(kāi)發(fā)新藥物至關(guān)重要。如果在目標(biāo)部位，如局部腦腫瘤中，藥物不足，則不會(huì)產(chǎn)生預(yù)期的效果。如果藥物的含量過(guò)多，又可能會(huì)產(chǎn)生更多的副作用。此外，通常由于生病，大腦內(nèi)部可能存在局部差異。因?yàn)檫@些差異會(huì)影響大腦的空間分布，使藥物效果的評(píng)估變得十分困難。

出于實(shí)際和倫理的原因，我們不可能用真實(shí)的大腦來(lái)進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)。 這樣的數(shù)學(xué)模型提供了便于安全地了解更多大腦信息的方法。該模型基于所謂的腦模塊原理。一個(gè)腦模塊是一小塊腦組織的抽象表示，被視為腦的基本構(gòu)建塊，其中用數(shù)學(xué)方法描述了大腦中最小的血管、大腦毛細(xì)血管以及細(xì)胞外的腦液。

在這種腦模塊結(jié)構(gòu)中，藥物首先通過(guò)從血管穿過(guò)腦血腦屏障，從而自身分裂，然后再通過(guò)細(xì)胞外腦液進(jìn)一步擴(kuò)散并結(jié)合至其藥物靶標(biāo)。 腦血管障壁（blood–brain barrier，簡(jiǎn)稱BBB），指在血管和腦之間的一種有選擇性地阻止某些物質(zhì)由血液進(jìn)入大腦的“屏障”。

通過(guò)將這些腦模塊像構(gòu)建塊一樣連接在一起，從而可以描述大腦的更大部分。通過(guò)賦予某些大腦塊與其他大腦塊不同的屬性，這樣可以研究大腦內(nèi)部空間變化的影響。由于每一種藥物在每一個(gè)患者的大腦的空間過(guò)程和特性可能會(huì)有所不同，再加上由于疾病本身發(fā)生的變化，通過(guò)在適應(yīng)性構(gòu)建塊中呈現(xiàn)大腦數(shù)學(xué)景象，可以使數(shù)學(xué)模型針對(duì)每個(gè)患者及其具體情況進(jìn)行個(gè)性化的模式測(cè)量。

該研究通過(guò)使用數(shù)學(xué)技術(shù)更好地理解藥理過(guò)程，通過(guò)三維立體的腦單元模型，在數(shù)學(xué)與藥理學(xué)兩個(gè)學(xué)科之間架起了一座橋梁。科學(xué)家們相信，通過(guò)這樣的的3D模型，為描述藥物在復(fù)雜大腦中的傳播奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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