تکنیک جدید fMRI فوق سریع ممکن است به تحریک مغز کمک کند

تحریک مغز، مانند تحریک عمقی مغز (DBS)، یک راه قدرتمند برای درمان اختلالات عصبی و روانپزشکی است. در حالی که بیش از یک دهه است که فواید درمانی برای مبتلایان به پارکینسون، آلزایمر و اعتیاد داشته است، مکانیسم عصبی زیربنایی آن هنوز به طور کامل شناخته نشده است.

محققان موسسه مغز کوئینزلند (QBI) اکنون یک گام به کشف راز فعالیت مغز برای درک بهتر این مکانیسم و ​​پیش‌بینی بالقوه نتایج DBS نزدیک‌تر شده‌اند.

مغز شبکه بسیار پیچیده ای از مدارها است که به صورت سلسله مراتبی با ارتباطات گسترده سازماندهی شده اند. اتصالات در جهات مختلف، به جلو و عقب می روند و بین نورون هایی که تحریک کننده هستند – شتاب دهنده های یک پاسخ – یا بازدارنده هستند – ترمزهایی که یک پاسخ را تغییر می دهند.

استادیار Kai-Hsiang Chuang گفت: “بگویید می خواهید دست خود را حرکت دهید – زمانی که سیگنال شروع شد، ما انتظار داریم که فعالیت های بعدی به شبکه های عصبی مغز بستگی داشته باشد.”

چیزی که ما به طور کامل نمی‌دانیم این است که چگونه یا چه زمانی این اجزای ساختاری و عملکردی مغز با هم تعامل می‌کنند تا در نهایت منجر به حرکت دست شما شود.

MRI عملکردی (fMRI) محبوب ترین روشی است که برای مطالعه شبکه های مغزی استفاده می شود. fMRI جریان خون و تغییرات اکسیژن رسانی را به دنبال فعالیت عصبی ردیابی می کند، در نتیجه به طور غیرمستقیم اتصالات عملکردی ایجاد شده را اندازه گیری می کند و به ما نشان می دهد که در کجا فعالیت مغز در حال انتشار است.

با این حال، فعالیت مغز به سادگی سیگنالی نیست که از منطقه ای به منطقه دیگر سفر می کند.

تیم آزمایشگاه چوانگ یک تکنیک جدید fMRI فوق سریع با وضوح زمانی بسیار افزایش یافته را توسعه داده اند که آنها را قادر می سازد تا پویایی فعالیت مغز را در سطح زیر دوم ثبت کنند.

دانشیار چوانگ گفت این تکنیک جدید به درک جامع تری از چگونگی و زمان تعامل ارتباطات ساختاری و عملکردی مغز منجر شده است.

او گفت: “اولین کشف جدیدی که ما انجام دادیم این بود که فعالیت مغز نه تنها از طریق سیم کشی ساختاری منتشر می شود، بلکه از مدارهای ترجیحی خاصی بسته به توزیع عصبی تحریکی و بازدارنده آنها پیروی می کند.”

“ارتباط بین مناطق مغز از انواع سلول های مشابه روان تر می شود و فعالیت مغز قوی تر می شود.”

گروه چوانگ با استفاده از تکنیک فوق سریع fMRI خود، فعالیت مغز موش ها را در زمان تحریک و استراحت ردیابی کردند. هنگامی که مغز تحریک می شد، فعالیت به دنبال سیم کشی ساختاری در جهت رو به جلو می رفت – از A به B و سپس B به C. زمانی که مغز در حالت استراحت بود، فعالیت بیشتر به سازماندهی نوع سلول و کمتر به سیم کشی ساختاری وابسته بود و بین C منتشر می شد. و B اما نه با A، اگر مدار ترجیحی آنجا بود.

این به این معنی است که نحوه پردازش اطلاعات در واقع به وضعیت شما بستگی دارد، جایی که قبلاً تصور می شد فعالیت مغز چه در حالت استراحت و چه در حال انجام یک کار به یک شکل عمل می کند.

پروفسور چوانگ گفت: “کشف دومی که ما انجام دادیم این بود که سیگنال خونی که توسط fMRI شناسایی شد می‌تواند سازماندهی شبکه و توزیع نوع سلولی را منعکس کند.”

این یافته‌ها پیامدهای مهمی برای چگونگی شکل‌دهی ساختار مغز و نحوه پیش‌بینی فعالیت بر اساس دانش این ساختار دارد.

گام‌های بعدی این است که با پزشکان متخصص در تحریک مغز کار کنیم تا تعیین کنیم چگونه می‌توانیم از این دانش همراه با داده‌های انسانی برای کمک به بهبود درک خود از DBS استفاده کنیم.

این درک جامع تر می تواند ما را قادر سازد تا نتایج DBS را بهتر پیش بینی کنیم و به طور بالقوه طراحی آن را برای نتایج درمانی بهتر بهبود دهیم.

این مطالعه در نشریه منتشر شد مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS).

ارائه شده توسط موسسه مغز کوئینزلند