当一个人进入深度睡眠时，类似水的液体在大脑周围循环，清除与阿尔茨海默病等疾病相关的代谢废物。这一过程被称为脑脊液系统(glymphatic system)，最早由罗切斯特大学转化神经医学中心的联合主任、先锋神经科学家Maiken Nedergaard于2012年描述。
但关于该系统的机制仍存在疑问——特别是液体在大脑周围循环的速度。在不对研究对象造成不可修复伤害的情况下，研究活体大脑内的循环非常困难。
罗切斯特大学机械工程系的Douglas Kelley教授表示："你可以在大脑的一小块区域放置显微镜，详细观察那里发生的情况，我们过去曾使用过这类数据，但这只是对整个过程的一小部分观察。如果你想对整个大脑进行成像，磁共振成像(MRI)是一个很好的方法，因为它能给你提供三维视图。但MRI也有严重的局限性，其中最大的问题是它无法捕捉流体流动速度，至少对于如此缓慢的流动无法捕捉。"
Kelley与来自罗切斯特大学、布朗大学和哥本哈根大学的同事们求助于人工智能。在发表于《科学进展》(Science Advances)的一项新研究中，他们阐述了如何利用基于物理的人工智能从磁共振成像(MRI)数据中确定流体流动速度。通过使用染料随时间在脑组织中扩散的视频，研究人员构建的神经网络能够推断出流体流动的速度以及脑组织的渗透性。
研究结果显示，脑脊液系统有两种主要方式清洗大脑中的颗粒，如与阿尔茨海默病相关的β-淀粉样蛋白——其中一种方式比另一种快得多。脑脊液系统中类似水的液体在大脑开放区域(如颅骨和大脑表面之间)以每秒几微米的速度快速流动，而较慢的流动则以约慢50倍的速度流经大脑深层组织。
到目前为止，研究人员一直在努力获取小鼠等动物大脑中流体流动的基线测量数据，以完善人工智能工具。未来，他们希望能够比较健康和患病大脑以及年轻和老年大脑中的流体流动情况，并希望最终能够研究人类大脑中的循环。
Kelley表示："我们正努力实现测量人类大脑内外类似水的液体流动，因为这将使临床应用变得更加重要和令人兴奋。我们希望有朝一日能够判断阿尔茨海默病患者的脑部循环是否不良，甚至能够在生命早期筛查循环不良情况，以尝试预防阿尔茨海默病。或者，我们可以检查某人遭受脑震荡后，其大脑中的液体循环是否受到干扰。这项研究让我们离目标又近了一步。"
该研究得到了美国国立卫生研究院(NIH)国家补充与综合健康中心和NIH BRAIN计划的支持。Kelley在该研究中的合作者包括布朗大学博士生Juan Diego Toscano、罗切斯特大学计算科学家Yisen Guo、布朗大学博士生Zhibo Wang、罗切斯特大学博士生Mohammad Vaezi、哥本哈根大学副教授Yuki Mori、布朗大学教授George Karniadakis，以及罗切斯特大学助理教授Kimberly Boster。
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