شبیه‌سازی مغز با اسکن‌های غیرتهاجمی امکانپذیر شد

پیچیدگی مغز انسان (با ۸۶ میلیارد نورون و بیش از ۱۰۰ تریلیون اتصال) تفکر انتزاعی، یادگیری زبان، استدلال پیشرفته و حل مسأله، همچنین ظرفیت خلاقیت و تعامل اجتماعی را امکان‌پذیر می‌سازد. درک اینکه چگونه تفاوت‌های سیگنال‌دهی و پویایی مغز موجب شناخت و رفتار منحصربه‌فرد در افراد می‌شود، از اهداف بلندمدت تحقیقات علوم عصبی بوده است، با این حال بسیاری از پدیده‌ها هنوز توضیح داده نشده‌اند.

به گزارش رسانه اخبار پزشکی مدنا، یک مطالعه از دانشمندان علوم اعصاب و مهندسان دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس این شکاف دانشی را با روشی جدید برای ایجاد مدل‌های مغزی شخصی‌شده پر می‌کند که بینش‌هایی در مورد پویایی عصبی فردی ارائه می‌دهند. این تحقیق که به رهبری شی‌نانگ چینگ، دانشیار دپارتمان مهندسی برق و سیستم‌ها در مدرسه مهندسی مک‌کلوِی و تاد بریور، استاد دپارتمان علوم روان‌شناسی و مغز در دانشکده هنر و علوم انجام شده است و چارچوب نوآورانه‌ای معرفی می‌کند که به محققان این امکان را می‌دهد تا مدل‌های مغزی فردی را بر اساس داده‌های دقیق از اسکن‌های مغزی غیرتهاجمی با وضوح زمانی بالا ایجاد کنند. این مدل‌های شخصی‌شده کاربردهایی در تحقیقات و محیط‌های بالینی دارند که می‌توانند پیشرفت‌هایی در علوم اعصاب و درمان بیماری‌های عصبی حمایت کنند.

متیو سینگ که این تحقیق را در دوران پسادکتری با بریور و چینگ در واشنگتن انجام داده و اکنون استادیار دانشگاه ایلینوی در اربانا شامپاین است، گفت: «این تحقیق با هدف درک تفاوت‌های فردی در پویایی مغز انجام شده است. ما تمام مکانیسم‌های بیوفیزیکی در مغز انسان را توضیح نمی‌دهیم، اما قادر هستیم روشن کنیم که چرا افراد سالم پویایی‌های مغزی متفاوتی دارند، با چارچوب مدل‌سازی جدیدی که به ما بینش‌هایی در مورد مکانیک مغز و پیش‌بینی‌های قابل آزمایش از پدیده‌های مغزی می‌دهد.»

یکی از مزایای کلیدی این روش توانایی مشاهده تفاوت‌های فردی در تولید امواج آلفا و بتا و ارتباط آن‌ها با تغییرات جهانی در مغز است. این دو نوع امواج مغزی که با فرکانس‌های الکتریکی متفاوت شناخته می‌شوند، با حالات و عملکردهای شناختی مختلف مرتبط هستند. به عنوان مثال، امواج آلفا با حالات آرام مانند مدیتیشن مرتبط هستند، در حالی که امواج بتا با حالات هشیار و فعال مانند تصمیم‌گیری و حل مسأله مرتبط‌اند. تغییرات در فرکانس اوج امواج آلفا به طور سنتی به عنوان معیاری قابل اعتماد برای تفاوت‌های فردی در مغز و رفتار شناخته می‌شود.

این مطالعه تفاوت‌های نوسان‌های فرکانس آلفا و بتا را با تغییرات مغزی در تعادل بین نورون‌های تحریکی (آن‌هایی که با شلیک و انتقال سیگنال‌ها به نورون‌های دیگر فعالیت را افزایش می‌دهند) و نورون‌های بازدارنده (آن‌هایی که با دستور ندادن به نورون‌ها برای شلیک فعالیت را تنظیم می‌کنند) ارتباط می‌دهد. محققان مدل‌های شخصی‌شده را با نشان دادن توانایی آن‌ها در بازتولید الگوهای فردی جهانی آلفا و بتا و پیش‌بینی دقیق فعالیت مغزی جهانی در آینده، اعتبارسنجی کردند و قدرت توضیحی چارچوب خود را تأیید کردند.

چینگ گفت: «این تکنیک جدید ابزاری قدرتمند برای بررسی مکانیسم‌های زمینه‌ساز پویایی مغز فردی بر اساس اندازه‌گیری‌های غیرتهاجمی از فعالیت مغزی فراهم می‌کند. این امکان را برای ما فراهم می‌آورد که علوم اعصاب پیشرفته را پیش ببریم، مدل‌های مغزی دقیق برای افراد ایجاد کنیم که می‌توانند فعالیت مغزی آینده را پیش‌بینی کنند و از این دانش برای اطلاع‌رسانی به مداخلات پزشکی شخصی‌سازی‌شده استفاده کنیم.»

بریور افزود: «همکاری‌های مستمر، گسترش و تکمیل مدل ما، بخشی کلیدی از مراحل بعدی این پروژه خواهد بود. رویکرد نوآورانه ما این پتانسیل را دارد که بینش‌های جدیدی در مورد نحوه تفاوت‌های فردی در پویایی مغز و تأثیر آن بر عملکرد شناختی ارائه دهد. امیدواریم این چارچوب در نهایت به راه‌های جدیدی برای بهبود عملکرد شناختی، مانند تحریک عصبی، منتهی شود.»