خبر های ویژه
25 اسفند 1401
پیش بینی جریان الکتریسیته در مغز انسان با استفاده از ریاضیات ساده شبکه ها
برگردان به فارسی توفیق وحیدی آذر
از طریق شبکه گسترده ای از رشته های عصبی، سیگنال های الکتریکی به طور مداوم در سراسر مغز در حال حرکت هستند. این فعالیت پیچیده همان چیزی است که در نهایت باعث ایجاد افکار، احساسات و رفتارهای ما می شود - اما احتمالاً در موضوع سلامت روان و مشکلات عصبی در زمانی که همه چیز بد پیش می رود، تحریک مغز یک درمان نوظهور برای چنین اختلالاتی است. تحریک ناحیه‌ای از مغز با پالس‌های الکتریکی یا مغناطیسی، موجی از سیگنال‌ها را از طریق شبکه اتصالات عصبی آغاز می‌کند.
تبریز امروز:
کایو سگوین
پژوهشگر فوق دکتری، دانشگاه ایندیانا
اندرو زالسکی
استاد مهندسی زیست پزشکی و روانپزشکی، دانشگاه ملبورن
The Conversation
از طریق شبکه گسترده ای از رشته های عصبی، سیگنال های الکتریکی به طور مداوم در سراسر مغز در حال حرکت هستند. این فعالیت پیچیده همان چیزی است که در نهایت باعث ایجاد افکار، احساسات و رفتارهای ما می شود - اما احتمالاً در موضوع سلامت روان و مشکلات عصبی در زمانی که همه چیز بد پیش می رود، تحریک مغز یک درمان نوظهور برای چنین اختلالاتی است. تحریک ناحیه‌ای از مغز با پالس‌های الکتریکی یا مغناطیسی، موجی از سیگنال‌ها را از طریق شبکه اتصالات عصبی آغاز می‌کند.
در حال حاضر، دانشمندان کاملاً مطمئن نیستند که چگونه این آبشارها بر فعالیت مغز به عنوان یک کل تأثیر می‌گذارند ، این همان قطعه گمشده مهمی است که مزایای درمان‌های تحریک مغز را محدود می‌کند.
در آخرین تحقیق ما که امروز در Neuron منتشر شد، دریافتیم که می‌توان با استفاده از ریاضیات شبکه‌ها، گسترش تحریک مغز را پیش‌بینی کرد.
ردیابی سیگنال های الکتریکی در مغز
مطالعه ارتباط در مغز انسان سخت است. این موضوع به این دلیل است که سیگنال های الکتریکی بسیار سریع، در مقیاس هزارم ثانیه، بین یک قسمت از مغز و قسمت دیگر حرکت می کنند.
برای پیچیده‌تر کردن مسائل، سیگنال‌ها از طریق یک شبکه فوق‌العاده پیچیده از رشته‌های عصبی که تمام نواحی مغز را به هم مرتبط می‌کند، مخابره می‌شوند. این مسائل حتی رصد سیگنال هایی که از مغز می گذرد را برای دانشمندان دشوار می کند.
با این حال، تحت شرایط بسیار خاص و کنترل شده، می‌توانیم از الکترودهای تهاجمی برای ردیابی دقیق انتشار سیگنال‌های مغزی استفاده کنیم. الکترودهای تهاجمی ابزارهایی هستند که از طریق جراحی در مغز بیمارانی که رضایت نامه دارند وارد می‌شوند.
مهم است که تاکید شود این نوع روش تهاجمی تنها در شرایط بسیار خاص قابل انجام است، زمانی که هدف اولیه کمک به بیماران است. در مورد پژوهش های ما، بیماران مبتلا به صرع شدید بودند. وقتی بیماران صرعی به دارو پاسخ نمی‌دهند، می‌توانند از الکترود استفاده کنند تا به پزشکان کمک کند تا اطلاعات بیشتری در مورد آنچه ممکن است در مغزشان می‌افتد پیدا کنند.
مطالعه ما بر روی یک گروه بزرگ از 550 داوطلب بیمار مبتلا به صرع در بیش از 20 بیمارستان در سراسر آمریکای شمالی، آسیا و اروپا بود.
الکترودها راهی برای تحریک آرام ناحیه مغز با یک پالس الکتریکی و در عین حال ثبت فعالیت مغزی بیمار فراهم می کنند. ما از داده‌های الکترودهای قرار داده شده در موقعیت‌های مختلف مغز برای ردیابی ارتباط پالس‌های الکتریکی از یک منطقه به منطقه دیگر استفاده کردیم.
به عنوان آخرین عنصر برای مطالعه خود، ما از اسکن MRI برای بازسازی شبکه رشته های عصبی مغز انسان، به نام کانکتوم، استفاده کردیم. این به ما مدلی از سیم کشی فیزیکی داد که از طریق آن سیگنال های الکتریکی در مغز مخابره می شوند.
در ساخت مدل کانکتوم سه مرحله وجود دارد. ابتدا، آناتومی مغز انسان را در نظر می گیریم. سپس، ما از اسکن MRI برای ایجاد یک مدل سه بعدی از تمام رشته های اتصال عصبی استفاده می کنیم. در نهایت، ما شبکه سیم کشی مغز را بازسازی کرده و از آن برای درک ارتباط بین مناطق مغز استفاده می کنیم.
ریاضیات ارتباطات شبکه ای
حال، چگونه سیگنال ها از طریق سیم کشی پیچیده کانکتوم ارتباط برقرار می کنند؟
یک امکان ساده این است که سیگنال ها از طریق مستقیم ترین مسیرها در کانکتوم حرکت کنند. از نظر شبکه، این بدان معنی است که یک پالس الکتریکی از یک منطقه به منطقه دیگر از طریق کوتاه ترین مسیر مناطق میانی بین آنها می رود.
ایده دیگر این است که سیگنال ها از طریق انتشار شبکه پخش می شوند. برای درک این موضوع، به این فکر کنید که چگونه آب در شبکه ای از لوله ها جریان می یابد.
هر بار که آب به یک اتصال در شبکه می رسد، جریان در مسیرهای واگرا تقسیم می شود. اتصالات بیشتر در طول مسیر آب به معنای شکاف های بیشتر است و جریان در هر مسیر مشخص ضعیف تر می شود. با این حال، اگر برخی از مسیرهای واگرا دوباره به پایین دست برخورد کنند، قدرت جریان در آن ها دوباره تجدید می گردد در این قیاس، نه تنها اتصالاتی که در مستقیم ترین مسیر قرار دارند بلکه همه اتصالات (لوله ها) در شبکه به شکل دادن به جریان سیگنال (آب) کمک می کنند.
چیزی که ما پیدا کردیم
این دو نوع ارتباط شبکه - کوتاه ترین مسیرها در مقابل جریان انتشاری - دو فرضیه رقابتی برای توضیح چگونگی آبشار سیگنال های الکتریکی از طریق سیم کشی کانکتوم پس از تحریک مغز هستند. امروزه دانشمندان مطمئن نیستند که کدام فرضیه با آنچه در مغز اتفاق می افتد مطابقت دارد.
مطالعه ما یکی از اولین مطالعاتی است که سعی در حل این بحث دارد. برای انجام این کار، ما پرسیدیم که آیا کوتاه‌ترین مسیرها یا انتشار به بهترین نحو انتشار سیگنال الکتریکی را که توسط الکترودهای مغز بیماران اندازه‌گیری می‌شود، پیش‌بینی می‌کنند.
پس از تجزیه و تحلیل داده ها، شواهدی را یافتیم که از فرضیه جریان انتشاری پشتیبانی می کند. این بدان معناست که اتصالات عصبی بسیار بیشتری - در مقایسه با اتصالات عصبی که در کوتاه‌ترین مسیرها حرکت می‌کنند - نحوه آبشار تحریک مغز را در کانکتوم شکل می‌دهند.
این اطلاعات مهمی برای دانشمندان است، زیرا به ما کمک می کند بفهمیم سیم کشی فیزیکی اتصالات عصبی چگونه به فعالیت و عملکرد مغز کمک می کند.
بعد چی؟
مطالعه ما یکی از اولین‌ها در نوع خود است و برای تأیید آنچه پیدا کردیم، کار بیشتری لازم است. ما امیدواریم که پیشرفت در درک ما از ارتباطات مغزی نیز به دانشمندان بالینی کمک کند تا درمان‌های تحریک مغز بهتری برای مشکلات سلامت روان طراحی کنند.
تحریک مغز می تواند به "بازیابی" ارتباط نادرست بین مناطق مغز کمک کند. به عنوان مثال، تحریک غیرتهاجمی (در خارج از جمجمه و بدون نیاز به جراحی انجام می شود) یک درمان برای اختلال افسردگی اساسی است که در استرالیا موجود است.
در تحقیقات آینده خود، بررسی خواهیم کرد که آیا اکتشافات گزارش شده در اینجا می توانند برای بهبود مزایای درمانی چنین درمان های تحریک مغزی مورد استفاده قرار گیرند یا خیر.
منبع :
ارتباط با تبریز امروز
اخبار ، گزارشات ، عکسها و فیلم های خود را برای ما ارسال دارید . برای ارسال میتوانید از طریق آدرس تلگرامی یا ایمیل استفاده کنید.
اشتراک در خبرنامه
برای اطلاع از آخرین خبرهای تبریز امروز در کانال تلگرام ما عضو شوید.
فرم تماس با تبریز امروز
کلیه حقوق این سایت متعلق به پایگاه خبری تبریز امروز بوده و استفاده از مطالب آن با ذکر منبع بلامانع
است.
طراحی وتولید
توسططراح وب سایت