Hvordan blodkar husker et slagtilfælde

(a) Konduktansforhold for to efterfølgende iterationer i forhold til foregående konduktans under tilpasning til 3t_tog iterationer efter træningsfase af varighed t_train sluttede. Over tærskelkonduktans C_th (lodret rød stiplet linje) konduktanser svinger omkring [C(t + δt)/C(t) =1 (vandret rød stiplet linje). Lavkonduktansforbindelser følger en effektlov med eksponent 1=3 (rød linje). Kun tærskelkonduktans C_th er stimulusstyrkespecifik; sammenligne grå (q^add =40000q⁽⁰⁾ og farve (q^tilføj =0). (b) Et netværk tilpasset til t_tog , itererende i længere tid, 4t_tog , links med konduktans mindre end tærskel C_th forsvinde (c). γ =1/2, q⁽⁰⁾ =1, N =526 og T =30δt. Kredit:Physical Review Letters (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.129.028101

Det vaskulære system i vores krop giver en konstant strøm af næringsstoffer, hormoner og andre ressourcer, og sikrer dermed effektiv transport. Forskerne Komal Bhattacharyya, David Zwicker og Karen Alim undersøgte, på hvilken måde et sådant netværk er i stand til at tilpasse sig og ændre sig over tid. Ved hjælp af computersimuleringer modellerede de netværket og identificerede tilpasningsregler for dets forbindelser.

"Vi fandt ud af, at styrken af en forbindelse inden for et netværk afhænger af det lokale flow," forklarer Karen Alim, tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Det betyder, at forbindelser med et lavt flow under en vis tærskel vil henfalde mere og mere, indtil de til sidst forsvinder," fortsætter hun. Da mængden af biologisk materiale til at opbygge det vaskulære system er begrænset og bør bruges på en effektiv måde, tilbyder denne mekanisme en elegant måde at strømline det vaskulære system på.

Ændringer i netværket er vedvarende

Når først en forbindelse er blevet meget svag på grund af en lav strømningshastighed, er det meget vanskeligt at genoprette forbindelsen. Et almindeligt eksempel på dette er blokering af et blodkar, som i et slemt tilfælde endda kan føre til et slagtilfælde. Under et slagtilfælde bliver nogle blodkar i en bestemt hjerneregion meget svage på grund af blokering af blodgennemstrømningen.

"Vi fandt ud af, at i et sådant tilfælde er tilpasninger i netværket permanente og vedligeholdes, efter at forhindringen er fjernet. Man kan sige, at netværket foretrækker at omdirigere strømmen gennem eksisterende stærkere forbindelser i stedet for at genskabe svagere forbindelser - også selvom de flow ville kræve det modsatte," forklarer Komal Bhattacharyya, hovedforfatter af undersøgelsen.

Med denne nye forståelse af netværkshukommelse kan forskerne nu forklare, at blodgennemstrømningen permanent ændrer sig, selv efter vellykket fjernelse af blodproppen. Denne hukommelsesevne i netværk kan også findes i andre levende systemer:slimsvampen Physarum polycephalum bruger sit adaptive netværk til at navigere i sit miljø baseret på aftryk fra madstimuli, som vist tidligere.

Den aktuelle undersøgelse er offentliggjort i Physical Review Letters . + Udforsk yderligere

En matematisk model kan hjælpe med at forklare, hvordan blod cirkulerer i hjernen

Sidste artikelLysets håndhævelse er nøglen til bedre optisk kontrol

Næste artikelEn kvantebølge i to krystaller