通过数学模型来预测大脑中的药物效用如何

（文章来源：量子认知）

药物是否以正确的量到达我们大脑的正确位置？这是药物医学家们长期以来一直寻求解决的问题，也是所有服药的人们极为关心的具体问题。最近，荷兰莱顿大学的科学家通过建立数学模型来描述我们大脑的小“大脑块”，可以预测大脑中随时间和空间变化的药物的浓度。

莱顿大学（荷兰语：Universiteit Leiden）座落在荷兰的莱顿市，是目前荷兰最古老的大学，享有极高的国际声誉。该校建立于1575年，由荷兰威廉王子所建，荷兰君主威廉明娜女王、朱丽安娜女王、贝娅特丽克丝女王以及威廉-亚历山大国王都曾在莱顿大学学习。

研究人员说：“迄今为止，成功地运用于大脑的药物仍然十分有限。历来对我们大脑的复杂性以及药物如何在大脑中自我分配仍然不甚了解”。因此，研究人员开发了数学3D立体模型，以预测大脑中的药物浓度。 这种崭新的模型描述了药物在时间和空间上的扩散，从而可以认知药物分配的不同过程。

准确地了解药物在大脑中的扩散方式和数量对于开发新药物至关重要。如果在目标部位，如局部脑肿瘤中，药物不足，则不会产生预期的效果。如果药物的含量过多，又可能会产生更多的副作用。此外，通常由于生病，大脑内部可能存在局部差异。因为这些差异会影响大脑的空间分布，使药物效果的评估变得十分困难。

出于实际和伦理的原因，我们不可能用真实的大脑来进行具体的实验。 这样的数学模型提供了便于安全地了解更多大脑信息的方法。该模型基于所谓的脑模块原理。一个脑模块是一小块脑组织的抽象表示，被视为脑的基本构建块，其中用数学方法描述了大脑中最小的血管、大脑毛细血管以及细胞外的脑液。

在这种脑模块结构中，药物首先通过从血管穿过脑血脑屏障，从而自身分裂，然后再通过细胞外脑液进一步扩散并结合至其药物靶标。 脑血管障壁（blood–brain barrier，简称BBB），指在血管和脑之间的一种有选择性地阻止某些物质由血液进入大脑的“屏障”。

通过将这些脑模块像构建块一样连接在一起，从而可以描述大脑的更大部分。通过赋予某些大脑块与其他大脑块不同的属性，这样可以研究大脑内部空间变化的影响。由于每一种药物在每一个患者的大脑的空间过程和特性可能会有所不同，再加上由于疾病本身发生的变化，通过在适应性构建块中呈现大脑数学景象，可以使数学模型针对每个患者及其具体情况进行个性化的模式测量。

该研究通过使用数学技术更好地理解药理过程，通过三维立体的脑单元模型，在数学与药理学两个学科之间架起了一座桥梁。科学家们相信，通过这样的的3D模型，为描述药物在复杂大脑中的传播奠定了坚实的基础。
（责任编辑：fqj）