Abstract Background Growing evidence suggests that for rodents, a substantial fraction of cerebrospinal fluid (CSF) drains by crossing the cribriform plate into the nasopharyngeal lymphatics, eventually reaching the cervical lymphatic vessels (CLVs). Disruption of this drainage pathway is associated with various neurological disorders. Methods We employ a lumped parameter method to numerically model CSF drainage across the cribriform plate to CLVs. Our model uses intracranial pressure as an inlet pressure and central venous blood pressure as an outlet pressure. The model incorporates initial lymphatic vessels (modeling those in the nasal region) that absorb the CSF and collecting lymphatic vessels (modeling CLVs) to transport the CSF against an adverse pressure gradient. To determine unknown parameters such as wall stiffness and valve properties, we utilize a Monte Carlo approach and validate our simulation against recent in vivo experimental measurements. Results Our parameter analysis reveals the physical characteristics of CLVs. Our results suggest that the stiffness of the vessel wall and the closing state of the valve are crucial for maintaining the vessel size and volume flow rate observed in vivo . Furthermore, we find that a decreased contraction amplitude and frequency leads to a reduction in volume flow rate. Additionally, we provide evidence that branching of initial lymphatic vessels may deviate from Murray’s law to reduce sensitivity to elevated intracranial pressure. Conclusions This is the first numerical study of CSF drainage through CLVs. Our comprehensive parameter analysis offers guidance for future numerical modeling of CLVs. This study also provides a foundation for understanding physiology of CSF drainage, helping guide future experimental studies aimed at identifying causal mechanisms of reduction in CLV transport and potential therapeutic approaches to enhance flow.

Abstract Over the last decade, there has been a tremendously increased interest in understanding the neuro-physiology of cerebrospinal fluid (CSF) flow, which plays a crucial role in clearing metabolic waste from the brain. This growing interest was largely initiated by two significant discoveries: the glymphatic system (a pathway for solute exchange between interstitial fluid deep within the brain and the CSF surrounding the brain) and meningeal lymphatic vessels (lymphatic vessels in the layer of tissue surrounding the brain that drain CSF). These two CSF systems work in unison, and their disruption has been implicated in several neurological disorders including Alzheimer’s disease, stoke, and traumatic brain injury. Here, we present experimental techniques for in vivo quantification of CSF flow via direct imaging of fluorescent microspheres injected into the CSF. We discuss detailed image processing methods, including registration and masking of stagnant particles, to improve the quality of measurements. We provide guidance for quantifying CSF flow through particle tracking and offer tips for optimizing the process. Additionally, we describe techniques for measuring changes in arterial diameter, which is an hypothesized CSF pumping mechanism. Finally, we outline how these same techniques can be applied to cervical lymphatic vessels, which collect fluid downstream from meningeal lymphatic vessels. We anticipate that these fluid mechanical techniques will prove valuable for future quantitative studies aimed at understanding mechanisms of CSF transport and disruption, as well as for other complex biophysical systems.