پلتفرم جدید نوری و fMRI مناطق مغزی را که شبکه مغز در مقیاس بزرگ را کنترل می‌کنند، شناسایی می‌کند

هنگامی که ما خیال‌پردازی می‌کنیم یا خاطرات را مرور می‌کنیم، گروه بزرگی از نواحی مغز ما “روشن می‌شوند” یا فعال‌تر می‌شوند. از آن به عنوان شبکه حالت پیش فرض (DMN) یاد می شود زیرا زمانی که مغز روی دنیای بیرون متمرکز نیست فعال تر است.

بسیاری از اختلالات مغزی، از جمله آلزایمر، اختلال کمبود توجه/بیش فعالی، و اختلالات خلقی، با مشکلات DMN مرتبط هستند. با این حال، اساس عصبی فیزیولوژیکی DMN به خوبی درک نشده است.

تکنیک های تصویربرداری عصبی، مانند تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی (fMRI)، نمی توانند به طور مستقیم فعالیت نورون ها را اندازه گیری کنند. برای رفع این شکاف دانش، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی Ian Shih، Ph.D.، استاد و معاون بخش نورولوژی و دانشیار مرکز تصویربرداری تحقیقات زیست پزشکی در دانشکده پزشکی دانشگاه کارولینای شمالی، رمانی را خلق کرده است. پلت فرم آزمایشی که می تواند به صورت نوری فعالیت عصبی محلی را در طول fMRI سراسر مغز در جوندگان ثبت کند.

Shih گفت: “ما امیدواریم که این کار راه را برای مطالعات ترجمه ای آینده با هدف کنترل شبکه های مغزی در مقیاس بزرگ هموار کند.” این می تواند به طراحی رژیم های درمانی مبتنی بر شبکه برای بسیاری از اختلالات عصبی و عصبی کمک کند.

این مطالعه که در مجله منتشر شد پیشرفت علم، فعالیت دینامیکی نواحی مغز مرتبط با DMN را بررسی کرد و آنها را با انواع رویکردهای محاسباتی تجزیه و تحلیل کرد.

DMN یکی از شبکه های مغز در مقیاس بزرگ است. هنگامی که ما برای اولین بار در مورد مغز می آموزیم، به ما آموزش داده می شود که هر قسمت از مغز عملکرد مجزایی دارد. اما واقعیت این است که بسیاری از نواحی مغز در طول رفتار و شناخت با هم فعال و غیرفعال می شوند و شبکه های مغزی در مقیاس بزرگ را تشکیل می دهند، بسیار شبیه به یک تیم.

دانشمندان علوم اعصاب به این شبکه های بزرگ در مقیاس بزرگ علاقه مند می شوند زیرا می آموزند که برخی وظایف شناختی وابسته به مناطق “عملکردی مرتبط” مغز هستند. وقتی فردی بیدار و در حال استراحت است، مانند زمانی که در حال رویاپردازی، بازیابی خاطرات یا تصور آینده است، DMN فعال است.

با این حال، به دست آوردن داده‌های عصبی لازم برای درک فعالیت دینامیک DMN در افراد انسانی چالش برانگیز است، بنابراین Shih و تیم برای مطالعه شبکه به یک مدل حیوانی روی آوردند که در آن مناطق مغز مرتبط با DMN احتمالی شناسایی شده‌اند.

Tzu-Hao Harry Chao، نویسنده اول، که این پلت فرم آزمایشی را در آزمایشگاه Shih ساخته و تایید کرده است، گفت: ما از یک مدل جونده استفاده کردیم که در آن حسگرهای کلسیم رمزگذاری شده ژنتیکی در نورون ها بیان می شد. این به ما اجازه داد تا با تشخیص تغییرات فلورسانس از طریق فیبرهای نوری بدون تداخل در اندازه گیری سیگنال های fMRI، فعالیت عصبی را در چندین ناحیه مغز مرتبط با DMN ثبت کنیم.

نورسنجی فیبر از فیبر نوری برای ارائه طول موج های خاصی از نور برای تحریک پروتئین های فلورسنت که به آن طول موج پاسخ می دهند و ثبت انتشار نور وابسته به فعالیت استفاده می کند. از طریق این فرآیند، دانشمندان می توانند به طور مستقیم فعالیت جمعیت خاصی از سلول ها یا مواد شیمیایی عصبی را در یک مکان مشخص از مغز اندازه گیری کنند.

با استفاده از این پلتفرم آزمایشی جدید، چائو و همکارانش نشان دادند که فعال شدن یک ناحیه از مغز – قشر منزوی قدامی – با سرکوب یا “خاموش کردن” شبکه حالت پیش فرض مرتبط است.

در مغز انسان، قشر منزوی در قشر قرار دارد و توسط لوب های فرونتال، جداری و تمپورال “عایق” شده است. اینسولا مسئول چندین عملکرد مهم در مغز است، از جمله پردازش حواس پنج گانه، کنترل هماهنگی دست و چشم و خودآگاهی. اینسولا همچنین نقش مهمی در رفتارهای اجتماعی و مرتبط با اعتیاد دارد.

Shih توضیح داد: “این شواهد عصبی مهمی است که نقش قشر منزوی قدامی را در کنترل فعالیت DMN برجسته می کند.”

با همکاری دکتر وینود منون، نویسنده ارشد و استاد گروه روانپزشکی و علوم رفتاری در دانشگاه استنفورد، تیم تحقیقاتی از روش‌های محاسباتی پیشرفته برای شناسایی حالات مغز و جریان اطلاعات در این شرایط استفاده کردند.

این تیم همچنین کشف کردند که ناحیه پیش‌لیمبیک قشر جوندگان همزمان با DMN و قشر منزوی قدامی، متناوب می‌شود، که نشان می‌دهد قشر پیش‌لیمیک در مغز جوندگان نیز می‌تواند نقشی در شبکه برجستگی ایفا کند – یکی دیگر از شبکه‌های مغزی در مقیاس بزرگ که مهم است. برای توجه، پردازش حسی و رفتار هدفمند.