دانشمندان از فناوری جدید MRI برای ایجاد تصاویر تایم لپس همزمان با واکنش مغز زنده به تجربیات استفاده می کنند

تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) در 40 سال گذشته زمینه علوم اعصاب را متحول کرده است و دانشمندان را قادر می سازد تصاویر فوری واضحی از ساختارهای زنده مغز ایجاد کنند و حتی تغییرات عملکردی مرتبط با فعالیت های خاص را تشخیص دهند.

برخلاف اشعه ایکس یا سی تی اسکن، MRI به پرتوهای تابش متکی نیست. در عوض، از میدان‌های مغناطیسی قدرتمند و امواج رادیویی برای تراز موقت اتم‌های هیدروژن در مولکول‌های آب بدن استفاده می‌شود، به این معنی که می‌تواند تصویر واضحی از بافت‌های نرم مانند مغز ایجاد کند.

اما فناوری جدیدتری که توسط متخصص علوم اعصاب UNM، Elaine Bearer، MD، Ph.D. و همکاران موسسه فناوری کالیفرنیا و دانشگاه کالیفرنیای جنوبی توسعه یافته است، MRI را یک قدم جلوتر می‌برد.

در مقاله ای که در مجله منتشر شده است NMR در زیست پزشکیآنها در مورد استفاده از منگنز، یک ماده معدنی کمیاب که در سراسر بدن یافت می شود، به عنوان ماده کنتراست با MRI گزارش می دهند که مجموعه ای از تصاویر “تایم لپس” را قادر می سازد که پاسخ مغز را به تجربیات خاص نشان دهد.

Bearer، استاد گروه آسیب شناسی UNM، گفت: «این گزارش بر قدرت کنتراست مبتنی بر منگنز برای مطالعه انتقال پویا در سراسر مغز تأکید می کند. “مغز یک چیز ثابت نیست. این تکنیک MRI عواقب آهسته یک تجربه را در طول زمان تصویر می کند. ما را قادر می سازد تا عمیق تر به پیچیدگی شگفت انگیز تفکر و احساس نگاه کنیم.”

در MRI تقویت‌شده با منگنز (MEMRI)، مقادیر کمی منگنز از طریق همان مسیر سلولی کلسیم وارد سلول‌های عصبی می‌شود که نقش کلیدی در سیگنال‌دهی مغز ایفا می‌کند. همانطور که یون‌های منگنز در نورون حرکت می‌کنند، فعالیت‌های سلول را برجسته می‌کنند و برجستگی‌هایی را برجسته می‌کنند که از طریق آنها با نورون‌های مجاور ارتباط برقرار می‌کند.

تیلور اوسلمن، دکترای تخصصی، گفت: «این روش اضطراری هیجان‌انگیز عملکرد مغز را در طول رفتار طبیعی نشان می‌دهد، که در غیر این صورت نمی‌توان آن را در این مقیاس شناخت. دانشجوی آزمایشگاه Bearer که مقاله را با هم نویسندگی کرده است. کریستوفر مدینا، MD، فارغ التحصیل دانشکده پزشکی UNM، نیز یکی از نویسندگان آن بود.

یوسلمن گفت: “نشریه ما همچنین بینش انتقادی در مورد ملاحظات ایمنی برای استفاده از ماده کنتراست ارائه می دهد.” “ما تعدادی مثال از اینکه چگونه MEMRI توسعه سیستم شنوایی و همچنین سندرم داون، بیماری آلزایمر و اختلالات اضطرابی را آشکار می کند، ارائه می دهیم.”

اسکن‌های MRI استاندارد ارزش تشخیصی زیادی برای تشخیص تومورها یا ناهنجاری‌های عروقی در مغز دارند و می‌توانند نشان دهند که تغییرات در ساختارهای خاص مغز با رفتارهای خاصی مانند مدیتیشن یا یادگیری زبان دوم مرتبط است. به گفته Bearer، آنها نشان نمی‌دهند که مغز واقعاً چه می‌کند.

او می‌گوید: «MR که ما به طور استاندارد برای تشخیص انسان انجام می‌دهیم، فقط تصویری از آناتومی شماست. دانشمندان علوم اعصاب همچنین از تکنیکی به نام MRI عملکردی استفاده می کنند که جریان خون مغزی را اندازه گیری می کند، بر اساس این ایده که مناطق بسیار فعال مغز از اکسیژن بیشتری استفاده می کنند.

به گفته Bearer، سیگنال وابسته به سطح اکسیژن خون (BOLD) ضعیف‌تر است و نیاز به تجزیه و تحلیل محاسباتی دارد و هر دو فعالیت عروقی و عصبی را مخلوط می‌کند. “با BOLD، چیزی که شما تشخیص می دهید یک پروکسی برای فعالیت عصبی است.”

حامل و شرکای Harry Gray در Caltech و Russell Jacobs در USC مدتی است که پتانسیل فناوری MEMRI را بررسی می کنند. در سال 2020، آنها به همراه یوسلمن و دانیل بارتو، همکار فوق دکترا، استفاده از MEMRI را گزارش کردند تا نشان دهند که قرار گرفتن در معرض یک محرک ترسناک چگونه به اضطراب مزمن تبدیل می شود.

Bearer گفت: “مهمترین چیزهایی که یادگیری از این فناوری را ممکن کرد، تجزیه و تحلیل محاسباتی بود که من با دانشجویانم در UNM انجام دادم.” “این بررسی قرار است مرجعی برای همه محققین باشد، به ویژه در هنگام استفاده از این فناوری اضطراری.”