脑白质时间依赖性力学行为的微观尺度表征
软凝聚态物质
2021-10-20 v1
摘要
脑力学是一个备受关注的课题，因为力学线索在脑功能与形态中都起着重要作用。具体而言，捕捉脑白质（WM）的异质与各向异性行为极具挑战，而有关组织在相关于组织组分空间分辨率上的 WM 数据十分匮乏。为研究 WM 在小变形下的时间依赖性力学行为及其对局部微观结构特征的依赖，我们对新鲜绵羊脑的胼胝体（CC）、放射冠（CR）和穹窿（FO）进行了原子力显微镜（AFM）应力松弛实验。实验结果显示组织力学响应依赖于轴突取向，例如垂直与平行样品的刚度在全部三个 WM 区域均不同，而松弛行为在 CC 和 FO 区域不同。我们采用反演建模方法从实验数据中提取组织组分（即轴突和含附属细胞的细胞外基质）的 Prony 级数参数。利用自下而上方法，我们给出了与分析及有限元（FEA）估计相符的良好结果。我们利用 AFM 实验与微力学模型结合对绵羊脑 WM 的系统表征，为预测脑组织的局部化时间依赖性力学作出了重要贡献。该信息可带来更精确的计算模拟，从而辅助开发用于药物递送的手术机器人方案与精确组织仿体，以及确定组织损伤判据并预测脑发育与疾病进展。
引用
@article{arxiv.2110.10032,
title = {Microscale characterisation of the time-dependent mechanical behaviour of brain white matter},
author = {Asad Jamal and Andrea Bernardini and Daniele Dini},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.10032},
year = {2021}
}
备注
Research Paper