تصویربرداری از مغز و نگرشی بر دنیای درون مغز

از: دکتر احسان‌الله محمدی

تصویربرداری از مغز

فهرست مندرجات ◄ نگرشی بر دنیای درون مغز ▼ نگرشی بر دنیای درون مغز راهی به‌سوی تکنیک‌های مدرن این تکنیک‌ها چگونه کار می‌کنند؟ چطور از این تکنیک‌ها می‌توان استفاده کرد؟ يادداشت‌ها پی‌نوشت‌ها جُستارهای وابسته سرچشمه‌ها .

قبل

بعد

نگرشی بر دنیای درون مغز

 

«تصویربرداری از مغز و نگرشی بر دنیای درون مغز»، مقاله‌ی است از دانستنی‌های علوم پزشکی، که توسط دکتر احسان‌الله محمدی، متخصص مغز و اعصاب، به نگارش درآمده است.

فرنولوژیست‌ها کسانی بودند که تلاش می‌کردند مغز را از روی پستی بلندی‌های موجود بر سطح جمجمه درک کنند. اگر این امر امروزه بسیار دور از ذهن به‌نظر می‌رسد، تلاش آن‌ها در جهت درک مغز از روی جمجمه عده زیادی را در طی سالیان مجذوب خود کرده است. امروزه ما کاری مشابه این را انجام می‌دهیم و این امر از طریق تکنیک‌های مدرن تصویربرداری از مغز محقق شده است. اسکنرهای مدرن روش‌های گوناگونی را به‌کار می‌برند تا تصویر دقیقی از ساختار مسیرهای نورونی، جریان خون و متابولیسم انرژی در مغز و نیز تغییرات فعالیتی نورون‌ها به‌دست دهند.

▲	راهی به‌سوی تکنیک‌های مدرن

در تلاش برای یافتن ارتباط بین ساختار مغز و عملکرد آن، دانشمندان علوم فیزیولوژی اعصاب به‌انبوهی از اطلاعات دست یافته‌اند، آن‌ها ناهنجاری‌های ذهن و رفتار را با اندازه‌گیری‌های مغز اجساد تطبیق می‌دادند. از همین روش بود که برکا، ناحیه سخن گفتن را در مغز شناسایی کرد. این شیوه موفقیت‌های بسیاری را در بر داشته اما محدودیت‌های خاص خود را نیز به‌همراه دارد. نمی‌توان به‌سادگی تصور کرد که از بین رفتن عملکرد خاصی در مغز به‌دلیل آسیب به‌ناحیه‌ای نمایانگر عملکرد طبیعی مغز در آن ناحیه است. برای مثال، نقص عملکرد یک ناحیه در اثر آسیب می‌تواند به‌این دلیل باشد که این ناحیه از تعامل مناسب و طبیعی با نواحی مجاورش باز مانده است یا حتی ممکن است به‌دنبال آسیب به‌یک ناحیه، نواحی مجاور عملکرد ناحیه آسیب دیده را از سر گیرند - این فرایند انعطاف نورونی نام دارد و نهایتا تعداد بسیار کمی از آسیب‌های پاتولوژیک، محدود به‌تنها یک ناحیه عملکردی هستند و همچنین یک فاصله زمانی طولانی بین مطالعه بیمار در زمان حیات و سپس مطالعه مغز او پس از مرگ وجود دارد.

تکنیک‌های مربوط به‌تصویربرداری از ساختار مغز از حدود ٣٠ سال پیش پدیدار گشتند. پیشرفت روش‌های تصویربرداری که فعالیت مغز را نشان می‌دهد توسط فیزیک پزشکی محقق گشته و توجه ویژه‌ای را به‌خود جلب نموده است. این امر ما را قادر می‌سازد تا واقعاً بتوانیم به‌آنچه درون مغز می‌گذرد پی ببریم؛ هنگامی که فکر می‌کنیم، می‌آموزیم و یا رویا می‌بینیم.

▲	این تکنیک‌ها چگونه کار می‌کنند؟

تکنیک‌های الکتروفیزیولوژی بر ثبت فعالیت‌‌های نورونی، براساس تغییرات پتانسیل غشاء‌ استوار است. روش‌‌های اسکن مغز بر پایه کنترل متابولیسم انرژی توسط نورون‌ها قرار گرفته است.

گرادیان‌های الکتروشیمیایی که مسئول ورود و خروج یون‌ها (و مبنای فعالیت سیناپسی و پتانسیل عمل) هستند، برای انجام فعالیت‌های خود نیازمند انرژی هستند. تامین کننده این انرژی، اکسیداسیون گلوکز است. گلوکز و اکسیژن از طریق جریان خون مغز به‌نورون‌ها می‌رسد.

به دلیل وجود ارتباط خونی - این جریان خون در مقابل فعال نورونی، افزایش می‌یابد. این پدیده با سرعت زیادی صورت می‌گیرد. ابزارهای تصویربرداری از مغز، این تغییرات موضعی جریان خون را محاسبه می‌کند و از آن‌ها به‌عنوان شاخصی از فعالیت‌ نورونی بهره می‌‌برد. اولین تکنیکی که فعالیت مغزی را نمایش می‌داد PET نام گرفت؛ تکنیکی غیر مهاجم که در ضمن نیازی به‌تزریق ماده رادیواکتیو نیز ندارد. این خصوصیات طیف بیشتری از افراد را در تمام گروه‌های سنی قادر به‌انجام اسکن مغز می‌کند.

ام‌آر‌آی تکنیک دیگری است که تصاویر دقیقی از ساختار مغز را به‌دست می‌دهد و تکنیک جدیدی به‌نام دی‌تی‌آی امکان تهیه تصاویر با جزئیات زیاد از بخش سفید مغز که ارتباط دهنده مراکز گوناگون مغزی است را فراهم نموده است.

یکی از کاربردهای مهیج ام‌آر‌آی نشان دادن عملکرد مغز است. این تکنیک ام‌آر‌آی عملکردی نام دارد. این تکنیک‌ بر مبنای تفاوت ویژگی‌های مغناطیسی اکسی هموگلوبین و نیز هموگلوبینی که اکسیژن خود را از دست داده استوار گشته است. همچنان که افزایش فعالیت نورونی منجر به‌حرکت یون‌های فعال کننده پمپ‌های وابسته به‌انرژی می‌گردد، متابولیسم انرژی و مصرف اکسیژن نیز بالا می‌رود. بدین ترتیب هموگلوبین بدون اکسیژن افزایش و سیگنال مغناطیسی کاهش می‌‌یابد. اما ظرف چند ثانیه مصرف اکسیژن به‌دنبال افزایش جریان خون موضعی مغز بالا می‌رود. میزان تامین اکسی هموگلوبین از مصرف آن بیشتر است. بنابراین نتیجه نهایی افزایش نسبی هموگلوبین اکسیژنه و سیگنال مغناطیسی است. مکانیسم دقیق افزایش جریان خون مغزی هنوز به‌خوبی روشن نشده است، اما پیام وابسته به‌نوروترنسیمترها به‌عنوان کاندید مناسبی در این امر محسوب می‌شود.

▲	چطور از این تکنیک‌ها می‌توان استفاده کرد؟

شما احتمالاً به‌راحتی عملیات تفریق را انجام می‌دهید. اما آیا تا به‌حال فعالیت مغزی را از هم کم کرده‌اید؟ کم کردن تصاویر دو بعدی و سه بعدی ام‌آر‌آی عملکردی هنگامی صورت گیرد که فرد، در حال انجام دادن عملیات کاملا کنترل شده است. در طول اسکن مغز، فرد مورد نظر درون محفظه مغناطیسی قرار می‌گیرد و پاسخ‌های رفتاری آن‌ها به‌محرک‌های گوناگون مورد مطالعه قرار می‌گیرد. طیف گسترده‌ای از محرک‌ها را می‌توان عرضه کرد چه به‌صورت تصاویری که برای فرد پخش می‌شود یا اصواتی که برای او از طریق گوشی عرضه می‌شود.

معمولاً تمرینات مشابه یکی پس از دیگری انجام می‌گیرد. ایده اصلی یکی از این تمرین‌ها برای فرد جالب است در حالی بر آن است که تمرین دیگر این گونه نیست. سپس فعالیت مغزی حاصل از این تصاویر متوالی از یکدیگر کم می‌شود تا در نهایت یک تصویر دو بعدی به‌دست آید و نشان‌دهنده تغییرات اختصاصی مغز در طی انجام یک تمرین بخصوص است. این تصاویر توسط کامپیوتر با یکدیگر مقایسه می‌شوند و تفریق تصاویر سه بعدی به‌نحو صحیحی صورت می‌پذیرد.

پیشرفت‌های اخیر این امکان را فراهم نموده‌اند که تفکر ما، هر چند کوتاه در حد یک تا دو ثانیه و نیز دیگر وقایعی که در مغز ام‌آر‌آی صورت می‌گیرد به‌خوبی ردیابی شوند؛ به‌این پدیده وابسته به‌وقایع مغزی می‌گویند. متدهای پیچیده‌ای به‌کار برده شد تا اطمینان حاصل شود که تغییرات سیگنالی که در طول انجام یک تمرین حاصل می‌شوند، قابل اعتمادند. یکی از این روش‌ها که به‌طور گسترده به‌کار برده می‌شود و پردازش اطلاعات تصویری را استاندارد نموده، اس‌پی‌ام‌ (نقشه‌برداری پارامتری آماری) نام دارد.

نقشه‌های اس‌پی‌ام غالبا رنگی هستند: زرد آتشی نشان دهنده فعالیت مغزی بسیار بالا و آبی یا سیاه نمایانگر مناطق با حداقل فعالیت هستند.

متخصصین تصویربرداری از مغز اصطلاح روشن شدن را در هنگام انجام عملکرد‌های خاص به‌کار می‌برند. اگر فردی به‌یک صفحه شطرنجی که به‌طور پیوسته در حال تغییر است بنگرد، تغییرات زیادی در سطح فعالیت قشر اولیه بینایی صورت می‌گیرد. به‌کارگیری و طراحی الگوهای رنگی متحرک و سایر محرک‌های هوشمندانه، حجم انبوهی از اطلاعات، درباره سازمان‌یابی سیستم بینایی انسان‌ را در اختیار‌مان گذارده است. مطالعات مشابهی در مورد خواص دیگر به‌کار برده شده است. از این طریق اجزای گوناگون و متمایز خواندن اعم ازتبدیل حروف از فرم بینایی به‌کدهای آوایی، دسته‌بندی‌ آواها در قالب کلمات کامل، عملیات استخراج معنا از کلمات و غیره در مغز مکان‌یابی شده‌اند.

مهارت‌های فراگیری نیز بدین ترتیب مورد مطالعه قرار گرفته‌اند و از این راه نواحی دخیل در پیش‌بینی و ادراک درد از یکدیگر متمایز گشته‌‌اند.

با این وجود، هم‌چنان که تحقیقات جلو می‌روند، برخی موارد تعجب برانگیز نیز سر بر می‌آورند. یکی از این موارد عدم موفقیت در مشاهده روشن شدن لوب تمپورال داخلی در جریان مهارت‌های مربوط به‌حافظه بلند مدت بود. با این حال، الگوهای تستی جدیدتر - مانند حقیقت کاذب - امکان آشکارسازی فعالیت این منطقه را در امر حافظه، به‌همراه فعالیت سایر مناطق از جمله قشر پره فرونتان و پره‌کوتانئوس، فراهم نموده است. به‌کمک‌ یافته‌های تصویربرداری و نوروسایکولوژیک جدید، درک ما از سیستم‌های حافظه‌ای مغزی تصحیح شده است. همچنین تکنیک‌های ریاضی جدید در جهت کشف نحوه تقابل عملکرد نورون‌های مناطق گوناگون و ارتباط آن‌ها طی مهارت‌های پیچیده - ارتباط موثر - تکامل یافته‌اند و این دانش، ما را به‌این باور می‌رساند که مناطق مغز به‌صورت یک تیم عمل می‌کنند و نه به‌صورت نقاط ایزوله، امید آن داریم که به‌کمک این تکنیک‌ها و میدان‌های مغناطیسی قوی در جهت تهیه تصاویر دقیق‌تر، به‌دینامیک شبکه‌های نورونی و ارتباط موثر آن‌ها در فرآیندهای ادراک، فکر و عمل پی ببریم.

[▲] يادداشت‌ها

[▲] پی‌نوشت‌ها

[۱]-
[٢]-

[▲] جُستارهای وابسته

□

[▲] سرچشمه‌ها

□