تصویربرداری از مغز

نگرشی بر دنیای درون مغز

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 به نظر 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 به کار می‌برند تا تصویر دقیقی از ساختار مسیرهای نورونی، جریان خون و متابولیسم انرژی در مغز و نیز تغییرات فعالیتی نورون‌ها به دست دهند.

● راهی به سوی تکنیک‌های مدرن

در تلاش برای یافتن ارتباط بین ساختار مغز و عملکرد آن، دانشمندان علوم فیزیولوژی اعصاب به انبوهی 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 به همراه دارد. نمی‌توان به سادگی تصور کرد که از بین رفتن عملکرد خاصی در مغز به دلیل آسیب به ناحیه‌ای نمایانگر عملکرد طبیعی مغز در آن ناحیه است. برای مثال، نقص عملکرد یک ناحیه در اثر آسیب می‌تواند به این دلیل باشد که این ناحیه از تعامل مناسب و طبیعی با نواحی مجاورش باز مانده است یا حتی ممکن است به دنبال آسیب به یک 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 به تنها 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 به تصویربرداری از ساختار مغز از حدود ۳۰ سال پیش پدیدار گشتند. پیشرفت روش‌های تصویربرداری که فعالیت مغز را نشان می‌دهد توسط فیزیک پزشکی محقق گشته و توجه ویژه‌ای را به خود جلب نموده است. این امر ما را قادر می‌سازد تا واقعا بتوانیم به آنچه 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 به نورون‌ها 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 به عنوان شاخصی از فعالیت‌ نورونی بهره می‌‌برد. اولین تکنیکی که فعالیت مغزی را نمایش می‌داد PET نام گرفت؛ تکنیکی غیر مهاجم که در ضمن نیازی به تزریق ماده رادیواکتیو نیز ندارد. این خصوصیات طیف بیشتری از افراد را در تمام گروه‌های سنی قادر به انجام اسکن مغز می‌کند.

ام‌آر‌آی تکنیک دیگری است که تصاویر دقیقی از ساختار مغز را به دست می‌دهد و تکنیک جدیدی به نام 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 به حرکت یون‌های فعال کننده پمپ‌های وابسته به انرژی 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 به دنبال 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 به خوبی روشن نشده است،‌ اما پیام وابسته به نوروترنسیمترها به عنوان کاندید مناسبی در این امر محسوب می‌شود.

● چطور از این تکنیک‌ها می‌توان استفاده کرد؟

شما احتمالا به راحتی عملیات تفریق را انجام می‌دهید. اما آیا تا به حال 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 به محرک‌های گوناگون مورد مطالعه قرار می‌گیرد. طیف گسترده‌ای از محرک‌ها را می‌توان عرضه کرد چه به صورت تصاویری که برای فرد پخش می‌شود یا اصواتی که برای او از طریق گوشی عرضه می‌شود.

معمولا 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 به دست 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 به نحو 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 به خوبی ردیابی شوند؛ به این پدیده وابسته به وقایع مغزی می‌گویند. متدهای پیچیده‌ای به کار برده شد تا اطمینان حاصل شود که تغییرات سیگنالی که در طول انجام یک تمرین حاصل می‌شوند، قابل اعتمادند. یکی از این روش‌ها که به طور گسترده به کار 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 به کار می‌برند. اگر فردی به یک صفحه شطرنجی که به طور پیوسته در حال تغییر است بنگرد، تغییرات زیادی در سطح فعالیت قشر اولیه بینایی صورت می‌گیرد. به کارگیری 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 به کار برده شده است. از این طریق اجزای گوناگون و متمایز خواندن اعم ازتبدیل حروف از فرم بینایی به کدهای 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 به حافظه بلند مدت بود. با این حال، الگوهای تستی جدیدتر - مانند حقیقت کاذب - امکان آشکارسازی فعالیت این منطقه را در امر حافظه، به همراه فعالیت سایر مناطق از جمله قشر پره فرونتان و پره‌کوتانئوس، فراهم نموده است. به کمک‌ 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 به این باور می‌رساند که مناطق مغز به صورت یک تیم عمل می‌کنند و نه به صورت نقاط ایزوله، امید آن داریم که به کمک این تکنیک‌ها و میدان‌های مغناطیسی قوی در جهت تهیه تصاویر دقیق‌تر، به دینامیک شبکه‌های نورونی و ارتباط موثر آنها در فرآیندهای ادراک، فکر و عمل پی ببریم.

دکتر احسان‌الله محمدی

متخصص مغز و اعصاب