تاریخچه

نقشه برداری از مغز انسان و تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) 

مقدمه

در سال های اخیر اصطلاح نقشه برداری از مغز هم در حوزه های مختلف تحقیقاتی (تصویربرداری، علوم اعصاب شناختی، روانشناسی و علوم رفتاری) و هم در حوزه های بالینی (روانپزشکی، اختلالات خواب و جراحی مغز و اعصاب) بسیار مورد توجه قرار گرفته است. اما منظور از نقشه برداری از مغز چیست؟

نقشه برداری مغز به مجموعه تکنیک ها، روش ها و الگوریتم هایی اطلاق می شود که در آنها به کمک ابزارهای و تجهیزات پیشرفته اعم از اسکنرهای تصویربرداری و دستگاه های ثبت فعالیت های الکتریکی و مغناطیسی و با بهره گیری از مدل های ریاضی و آماری پیشرفته، فعالیت های مناطق مختلف مغز از جمله فعالیت های موتوری، تکلم و حافظه مورد بررسی قرار می گیرد. اصطلاحات مدارهای مغزی، شبکه های مغزی، سیم کشی مغزی و ارتباطات مغزی در یک سطح بالاتر به بررسی ارتباطات آناتومیک و عملکردی یک سویه و دو سویه ی نواحی مختلف می پردازد.

 

 

تاریخچه
به لحاظ تاریخی قدیمی ترین اطلاعات راجع به موقعیت یابی یک عملکرد خاص مغز، از افراد بیمار با یک ضایعه یا بیماری مغزی خاص بر می گردد. سه فرد مشهور و مجموعه ای از افراد گمنام در تعیین موقعیت های مربوط به به فعالیت های مختلف مغز نقش به سزایی داشته اند. نفر اول شخصی به نام فیناس گیج است که در سال ۱۸۴۷ میلادی میله ای در یک حادثه به سرض فرو رفت و ناحیه قدامی مغز او آسیب دید اما جان سالم به در برد. او با وجود اینکه هوشمندی سابقش را حفظ کرده بود، دچار تغییر شخصیتی شدیدی شده بود طوری که دوستانش می گفتند گیج، آن گیج قبلی نیست. بیمار دیگری که به تان مشهور بود، فقط بخشی از لب پیشانیش در سمت چپ آسیب دیده بود و با وجود اینکه مشکلی از لحاظ درک مطالب نداشت مهارت های زبانیش را از دست داده بود و فقط قادر به گفتن عبارت “تان” بود. پزشک این شخص کسی نبود جز بروکا، پزشک فرانسوی که همان قسمت آسیب دیده در تان امروزه به نام اوست. اما مشهورترین مورد در تاریخچه منطقه مرتبط با حافظه ی مغز فردی است مشهور به .HM او که متولد ۱۹۲۶ میلادی بود به دلیل عارضه صرع در سن ۲۷ سالگی تحت جراحی قرار گرفت و با برداشتن قسمت میانی لب های گیجگاهی در دوطرف دچار نسیان دایمی شد. او که تا سال ۲۰۰۸ زنده بود به عنوان یک مورد تحقیقاتی بسیار تحت بررسی قرار گرفت و در نهایت مغز او پس از مرگش در دانشگاه سن دیگوی کالیفورنیا برش خورده و به شکل اطلس ارایه شد. علاوه بر بیماران مشهور فوق، افراد گمنام دیگری هم بودند که ضایعه مغزی آنها منجر به مطالعات سیستماتیک جهت تعیین موقعیت در قشر مغز شد. مشاهدات بیماران به عنوان یک منبع مطالعاتی مهم به منظور نقشه برداری از مغز ادامه یافت تا اینکه تصویربرداری تشدید مغناطیسی به عنوان یک روش غیر تهاجمی به منظور مطالعات علمی و بالینی پیش رو معرفی گردید.

 

 

فیناس گیج، شخصی که با وجود فرو رفتن یک میله آهنی در سرش و آسیب دیدن بخش قدامی مغزش زنده ماند اما شخصیتش متحول شد.

 

 

 

بروکا پزشک مشور فرانسوی که قسمتی از مغز مرتبط با تکلم به نام اوست.

 

 

H.M بیمار مبتلا به صرع که پس از برداشتن قسمت میانی لب گیجگاهیش تا آخر عمر دچار نسیان شد.

 

 

 

 

مدالیته های تصویربرداری مبتنی بر MRI: پتانسیل و قابلیت ها

 

همانطوریکه قبلا بیان شد استفاده از روش های ثبت EEG و MEG به عنوان روش هایی برای ثبت فعالیت های نرونی به شکل امواج الکتریکی و مغناطیسی یکی از تکنیک های موثر در نقشه برداری مغز می باشد اما بزرگترین عیب این روش ها با وجود رزولوشن بالای زمانی (temporal) رزولوشن مکانی پایین آنهاست. مورد دیگری که لازم است مورد بررسی قرار بگیرد، ارتباط آناتومیک نواحی مختلف قشری مغز است که از طریق مسیرهای مربوط به فیبرهای عصبی واقع در ماده سفید مغز برقرار می شود.

 

 

 

تصویربرداری عملکردی بر مبنای تشدید مغناطیسی

در واقع چون در تکنیک های ثبت سیگنال فقط سطح کورتکس در دسترس است،  فاقد رزولوشن مکانی مناسب بوده و در واقع سیگنال های مربوط به مجموع فعالیت های نرون ها از کل حجم مغز را در سطح مغز ثبت می کنند. اما با معرفی تکنیک های تصویربرداری عملکردی مبتنی بر تشدید مغناطیسی  (functional MRI) این محدودیت روش های قبلی رفع شده و امروزه قابلیت بررسی فعالیت های نرون های مغز با رزولوشن مکانی در حد چند میلی متر امکانپذیر شده است. تکنیک fMRI که در سال ۱۹۹۲ کشف شد، فعالیت های نرون های مغزی را به صورت غیر مستقیم به تصویر می کشد. در واقع با افزایش فعالیت های نرونی در یک ناحیه از مغز سوخت و ساز در آن منطقه بالا رفته و بنابراین خون رسانی به آن منطقه افزایش می یابد. تغییرات همودینامیک خون در منطقه مورد نظر سیگنال دریافتی در فرآیند تصویربرداری fMRI را تحت تاثیر قرار می دهد. چون تغییرات سطح سیگنال بسیار پایین است آشکارسازی این تغییرات نیازمند استفاده از مدل های دقیق ریاضی است. در حال حاضر استفاده از این تکنیک هم در سطح تحقیقاتی و هم بالین در حال رشد است.

 

 

 

 

DTI

در صورتی که ماده خاکستری مغز را به عنوان پردازنده و پروسسورهای سیستم مغز در نظر بگیریم، ماده ی سفید مغز را باید به عنوان باس (سیم های رابط) بین این پردازنده به حساب بیاوریم. یکی دیگر از مدالیته های تصویربرداری که با گذشت حدود دو دهه از معرفی و کاربردهای اولیه ی آن با سرعت بالایی در حال رشد و کاربردی شدن است، تکنیک DTI است. از قابلیت های شگفت انگیز تصویربرداری MRI اینست که می توان به کمک آن تصاویری با حساسیت نسبت به حرکات براونی مولکول های آب ثبت کرد. مزیت این تکنیک اینست که که به کمک آن می توان میکروساختارها و شکل هندسی مربوط به بافت های ماده سفید مغز را تخمین زد. چون ماده سفید مغز دارای ساختاری فیبری شکل است، حرکت نا منظم مولکول های در این محیط تابعی از شکل محیط خواهد بود و انتشار مولکول های آب در میان فیبرهای عصبی به صورت ناهمسان صورت می پذیرد. در واقع اگر سدی در مقابل مولکول های آب نبود در همه جهات با سرعت یکسان منتشر و پخش می شد اما به دلیل وجود دیواره های سلولی و شکل استوانه ای فیبرهای عصبی انتشار در همه جهات به یک اندازه نیست. مبنا و اصول تصویربرداری DWI همین ناهمسان بودن انتشار مولکول های آب در راستاهای مختلف است. اما پس از ثبت سیگنال های با وزن انتشاری، با استفاده از مدل های پیشرفته ریاضی اطلاعات بسیار مفیدی راجع به آناتومی ماده سفید استخراج می شود که در بالاترین سطح به ترکتوگرافی و نمایش سه بعدی مسیرهای عصبی مغز در قسمت ماده سفید منجر می شود.

 

 

 

تهیه کننده: جناب آقای دکتر مسجودی