دانشمندان تغییرات آناتومیکی را در مغز بیمارانی که بینایی آنها بازسازی شده است کشف کردند

برای چندین دهه، دانشمندان علوم اعصاب بر این باور بودند که یک “دوره بحرانی” وجود دارد که در آن مغز می تواند درک ورودی بصری را بیاموزد و این پنجره در حدود سن 6 یا 7 سالگی بسته می شود.

کار اخیر پروفسور MIT Pawan Sinha نشان داده است که این تصویر ظریف تر از آن است. در بسیاری از مطالعات روی کودکانی در هند که جراحی برای حذف آب مروارید مادرزادی بالای 7 سال داشتند، او دریافت که کودکان بزرگتر می توانند کارهای بصری مانند تشخیص چهره، تشخیص اشیا از پس زمینه و تشخیص حرکت را بیاموزند.

در یک مطالعه جدید، سینها و همکارانش اکنون تغییرات آناتومیکی را کشف کرده اند که پس از بازیابی بینایی در مغز این بیماران رخ می دهد. این تغییرات که در ساختار و سازمان ماده سفید مغز مشاهده می شود، به نظر می رسد زمینه ساز برخی از پیشرفت های بینایی باشد که محققان در این بیماران نیز مشاهده کردند.

یافته‌ها بیشتر از این ایده حمایت می‌کنند که پنجره انعطاف‌پذیری مغز، حداقل برای برخی از وظایف بصری، بسیار فراتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد گسترش می‌یابد.

پاوان سینها، پروفسور مغز MIT، می‌گوید: «با توجه به سطح قابل‌توجهی از بازسازی ساختار مغز که می‌بینیم، این نکته را تقویت می‌کند که با نتایج رفتاری‌مان تلاش کرده‌ایم بدانیم که همه کودکان باید تحت درمان قرار گیرند. و علوم شناختی و یکی از نویسندگان تحقیق.

بس راکرز، دانشیار و مدیر مرکز تصویربرداری عصبی در دانشگاه نیویورک ابوظبی، نویسنده ارشد این مطالعه است که این هفته در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم. نویسندگان اصلی مقاله کاترینا پدرسینی، فوق دکترای دانشگاه نیویورک ابوظبی هستند. ناتانیل میلر، که در حال تحصیل در رشته پزشکی در دانشکده پزشکی دانشگاه مینه سوتا است. و تاپان گاندی، فوق دکترای سابق آزمایشگاه سینها که اکنون دانشیار موسسه فناوری هند است. شارون گیلاد-گوتنیک، دانشمند تحقیقاتی MIT، و ویدور ماهاجان، مدیر مرکز تحقیقات پیشرفته در زمینه تصویربرداری، علوم اعصاب و ژنومیکس نیز نویسندگان این مقاله هستند.

پلاستیسیته ماده سفید

در کشورهای توسعه یافته مانند ایالات متحده، نوزادانی که با آب مروارید متولد می شوند در عرض چند هفته پس از تولد درمان می شوند. با این حال، در کشورهای در حال توسعه مانند هند، درصد بیشتری از این موارد درمان نمی شوند.

نزدیک به 20 سال پیش، سینها ابتکاری به نام پروژه پراکاش را با مأموریت ارائه درمان پزشکی به کودکان نابینا و کم بینا در هند راه اندازی کرد. هر سال، این پروژه هزاران کودک را غربالگری می‌کند که به بسیاری از آنها عینک یا مداخلات پیشرفته‌تر مانند برداشتن آب مروارید با جراحی ارائه می‌شود. برخی از این کودکان با اجازه خانواده خود نیز در مطالعات نحوه واکنش سیستم بینایی مغز پس از بازیابی بینایی شرکت می کنند.

در مطالعه جدید، محققان می‌خواستند بررسی کنند که آیا می‌توانند تغییرات آناتومیکی در مغز را که ممکن است با تغییرات رفتاری که قبلاً در کودکانی که تحت درمان دیده‌اند مرتبط باشد، شناسایی کنند. آنها 19 شرکت کننده را که در محدوده سنی 7 تا 17 سال قرار داشتند، در چندین مقطع زمانی پس از انجام عمل جراحی برای برداشتن آب مروارید مادرزادی اسکن کردند.

برای تجزیه و تحلیل تغییرات آناتومیک در مغز، محققان از یک نوع تخصصی تصویربرداری تشدید مغناطیسی به نام تصویربرداری تانسور انتشار استفاده کردند. این نوع تصویربرداری می‌تواند تغییراتی را در سازمان‌دهی ماده سفید نشان دهد – دسته‌ای از رشته‌های عصبی که مناطق مختلف مغز را به هم متصل می‌کنند.

تصویربرداری تانسور انتشار، که حرکت هسته‌های هیدروژن را در مولکول‌های آب ردیابی می‌کند، دو اندازه‌گیری ایجاد می‌کند: انتشار میانگین، اندازه‌گیری میزان آزادانه حرکت مولکول‌های آب، و ناهمسانگردی کسری، که نشان می‌دهد تا چه حد آب مجبور به حرکت در یک جهت می‌شود. بر دیگری

افزایش ناهمسانگردی کسری نشان می‌دهد که مولکول‌های آب محدودتر هستند زیرا رشته‌های عصبی در ماده سفید در جهت خاصی جهت‌گیری می‌کنند.

سینها می‌گوید: «اگر شاهد افزایش ناهمسانگردی کسری و کاهش انتشار میانگین بودید، می‌توانید استنباط کنید که آنچه اتفاق می‌افتد این است که رشته‌های عصبی از نظر حجم در حال رشد هستند و از نظر هم‌ترازی سازمان‌دهی‌تر می‌شوند. وقتی به ماده سفید مغز نگاه می کنیم، دقیقاً این نوع تغییرات را در برخی از دسته های ماده سفید مشاهده می کنیم.

محققان این تغییرات را به طور خاص در مسیرهای ماده سفید مشاهده کردند که بخشی از مراحل بعدی سیستم بینایی است، که اعتقاد بر این است که در عملکردهای مرتبه بالاتر مانند ادراک چهره نقش دارد. این بهبودها به تدریج طی چند ماه پس از جراحی رخ داد.

گیلاد-گوتنیک می‌گوید: «شما تغییرات آناتومیکی را در ماده سفید مشاهده می‌کنید، اما در مطالعات جداگانه با استفاده از تصویربرداری عصبی عملکردی، افزایش تخصص را نیز به عنوان تابعی از تجربه بصری مشاهده می‌کنید، مشابه آنچه در رشد معمولی اتفاق می‌افتد».

محققان همچنین عملکرد شرکت کنندگان را در انواع کارهای بصری آزمایش کردند و دریافتند که توانایی آنها در تشخیص چهره از اشیاء دیگر با میزان تغییرات ساختاری در مسیرهای ماده سفید مرتبط با عملکرد بصری درجه بالاتر مرتبط است.

در مقایسه، در حالی که کودکان تحت درمان بهبودهایی در حدت بینایی نشان دادند – توانایی دیدن واضح جزئیات اشیاء در فاصله – دقت آنها هرگز به طور کامل بهبود نیافت، و آنها فقط تغییرات حداقلی را در سازمان ماده سفید مسیرهای بینایی اولیه نشان دادند.

سینها می‌گوید: «این تصور که انعطاف‌پذیری یک منبع محدود زمانی است و پس از یک پنجره خاص، نمی‌توانیم انتظار پیشرفت زیادی داشته باشیم، به نظر می‌رسد که برای عملکرد بینایی سطح پایین مانند تیزبینی صادق است. اما وقتی در مورد یک مهارت بصری درجه بالاتر صحبت می کنیم، مانند تشخیص چهره از غیر چهره، در آن جا شاهد پیشرفت های رفتاری در طول زمان هستیم، و همچنین می یابیم که بین بهبودی که از نظر رفتاری می بینیم و همبستگی وجود دارد. تغییراتی که از نظر آناتومیک می بینیم.”

مزایای درمان

محققان همچنین دریافتند کودکانی که آب مروارید را در سنین پایین‌تر برداشته‌اند، نسبت به کودکان بزرگ‌تر، توانایی درک چهره را بیشتر و سریع‌تر نشان می‌دهند. با این حال، همه کودکان حداقل تا حدودی در این مهارت، همراه با تغییراتی در ساختار ماده سفید، پیشرفت کردند.

سینها می گوید، یافته ها نشان می دهد که کودکان بزرگتر می توانند از این نوع جراحی سود ببرند و شواهد بیشتری ارائه می دهد که باید به آنها ارائه شود.

او می‌گوید: «اگر مغز چنین توانایی‌های برجسته‌ای برای پیکربندی مجدد خود و حتی تغییر ساختار خود دارد، پس ما واقعاً باید از این انعطاف پذیری سرمایه‌گذاری کرده و بدون در نظر گرفتن سن، درمان را برای کودکان فراهم کنیم.

آزمایشگاه سینها اکنون در حال تجزیه و تحلیل داده های تصویربرداری اضافی از بیماران پروژه پراکاش است. در یک مطالعه، محققان در حال بررسی این موضوع هستند که آیا بیماران پس از درمان تغییراتی در ضخامت ماده خاکستری خود، به ویژه در نواحی پردازش حسی مغز نشان می‌دهند یا خیر. محققان همچنین از MRI ​​عملکردی برای بومی‌سازی عملکردهای بینایی مانند ادراک صورت استفاده می‌کنند تا ببینند آیا در همان قسمت‌هایی از مغز که در افرادی که با بینایی طبیعی متولد می‌شوند ایجاد می‌شوند یا خیر.

این داستان با حسن نیت از MIT News (web.mit.edu/newsoffice/)، یک سایت محبوب که اخبار مربوط به تحقیقات، نوآوری و آموزش MIT را پوشش می دهد، بازنشر شده است.