محققان برای اولین بار از تکنولوژی تصویربرداری fMRI سریع، برای ردیابی فعالیت مغز انسان، به هنگام تفکر استفاده کردند. این پژوهش می‌تواند حرکت رو به جلوی بسیار مهمی در زمینهٔ شناسایی شبکه‌های عصبی مسئول توجه، ادراک و سایر عملکردهای‌شناختی باشد.
به گزارش نوروسافاری به نقل از وبسایت مؤسسه بهداشت امریکا، محققان تحت حمایت مالی مؤسسه ملی تصویربرداری زیستی-پزشکی و مهندسی زیستی، NIBIB، از طریق افزایش چشمگیر سرعت MRI عملکردی یا همان fMRI توانسته‌اند از فعالیت نوسان‌کننده سریع مغز در هنگام فکر کردن با سرعت بالایی تصویربرداری کنند. تکنولوژی fMRI تغییرات سطح اکسیژن‌رسانی خون را اندازه‌گیری می‌کند؛ که پیش از این، تصور می‌شد به دلیل کند بودن، قادر نیست فعالیت‌های جزئی نورونی مرتبط با عملکردهای سطوح بالا‌تر مغز را تشخیص دهد. این کشف جدید که در آن fMRI می‌تواند نوسانات سریع مغزی را تشخیص دهد، قدم مهمی به سمت تحقق بخشیدن به یکی از اهداف اساسی علوم اعصاب است: این هدف شامل جانمایی و نقشه‌برداری از شبکه‌های مغزی مسئول عملکردهای‌شناختی همانند ادراک، توجه و آگاهی است.
دکتر جیواینگ لیو، سرپرست برنامهٔ MRI در موسسهٔ NIBIB این گونه توضیح می‌دهد: «هدف اساسی ریاست‌جمهوری از معرفی برنامهٔ BRAIN Initiative، وارد کردن علوم اعصاب به یک قلمرو جدید است که در آن ما می‌توانیم با روش‌های غیرتهاجمی، شبکه‌های عصبی را شناسایی و ردیابی کنیم. این پژوهش نشان‌دهندهٔ پتانسیل fMRI برای نقشه‌برداری مدارهای سالم مغزی و مدارهای مرتبط با بیماری‌های مغز و اعصاب نظیر زوال عقلی و سایر اختلالات سلامت روان اشاره کرد که جزء مشکلات مهم سلامت ملی و جهانی محسوب می‌شوند.» (مترجم: طرح BRAIN Initiative در سال ۲۰۱۳ توسط کاخ سفید و با سرپرستی آقای اوباما معرفی و با مشارکت‌های عمومی و خصوصی در جهت توسعه و پیشبرد علوم اعصاب و کاربردهای آن راه اندازی شد.)
تکنولوژی fMRI از طریق شناسایی افزایش موضعی اکسیژن – که به دلیل افزایش خون‌رسانی به نواحی در حال کار مغز ایجاد می‌شود – عمل می‌کند. این تکنولوژی در تشخیص نواحی کنترل‌کنندهٔ فعالیت‌های مختلف مغزی مانند بینایی، شنوایی و یا لامسه کاربرد داشته است. با این حال fMRI استاندارد تنها قادر است جریان خونی را که وارد یک ناحیهٔ خاص شده است، «چندین ثانیه» پس از انجام یک عملکرد تشخیص دهد. این مسأله عموماً به عنوان یک محدودیت، در مورد آنچه با fMRI قابل تشخیص است، پذیرفته شده بود. به طور مثال شناسایی ناحیه‌ای از مغز که نسبت به یک محرک گسترده (مانند پرتو بسیار شدید نور روشن برای مدت ۳۰ ثانیه به صورت مداوم) پاسخ می‌دهد.
دکتر جاناتان پولیمنی، نویسنده ارشد این مطالعه و همکارانش در مرکز آتینولا مارتینوسِ هارواد برای تصویربرداری زیستی-پزشکی، با ترکیب چندین تکنولوژی جدید، تکنیک fMRI سریع را در جهت ردیابی شبکه‌های نورونی کنترل‌کنندهٔ پردازش فکر بکار گرفتند و دریافتند که آن‌ها اکنون می‌توانند فعالیت نوسانی مغز را با سرعت بالا اندازه‌گیری کنند. نتایج این مطالعهٔ پیشگامانه در شماره اکتبر ۲۰۱۶ ژورنال Proceedings of the National Academy of Sciences گزارش شده است.
محققان از fMRI سریع در داوطلبینی استفاده کردند که مشغول مشاهدهٔ یک صفحهٔ شطرنجی در حال نوسان بودند. این تکنیک قادر به تشخیص نوسانات جزئی و سریع مغزی در جریان خون مغزی ناحیهٔ کورتکس بینایی داوطلبان در حین مشاهدهٔ تغییرات الگوی صفحهٔ شطرنجی بود.
دکتر پولیمنی توضیح می‌دهد: «الگوی صفحهٔ شطرنجی در حال نوسان بیشتر یک محرک مشابه محرک‌های طبیعی (مترجم: الهام گرفته شده از شرایط طبیعی) است به طوری که زمانبندی آن شبیه نوسانات بسیار جزئی نورونی‌ای است که در طول فرآیندهای عادی تفکر تولید می‌شوند. تکنولوزی fMRI سریع، نوسانات نورونی ایجاد شده‌ای را تشخیص می‌دهد که به مغز امکان فهم چیستی آنچه که مشاهده می‌کنید را می‌دهد. (در این مورد الگوی صفحهٔ شطرنجی درحال تغییر). تشخیص این نوسانات جزئی برای تکنولوژی fMRI استاندارد کاملاً غیرممکن بود. این نتایج هیجان‌انگیز امکان استفاده از تکنیک fMRI سریع را برای تصویربرداری از شبکه‌های نورونی پردازشگر افکار انسان را فراهم می‌کند.»
چنین امکانی توسط نویسندهٔ اول این مطالعه دکتر لارا لوئیس پیشنهاد شد:» چنین تکنیکی به ما روشی را ارائه می‌دهد که به وسیلهٔ آن بتوانیم اطلاعات با جزئیات خیلی بیشتری را در مورد فعالیت‌های پیچیدهٔ مغز بدست آوریم مانند آنچه در خواب اتفاق می‌افتند یا سایر تغییرات حالت‌های پویایی مغز مانند بیهوشی با دارو یا در طول توهم.»
دکتر پولیمنی اینگونه نتیجه‌گیری می‌کند:» همواره گمان می‌شد که fMRI نقش بسیار مهمی در این گونه از مطالعات خواهد داشت. پیشرفت معنادار علوم اعصاب‌شناختی به نقشه‌برداری از الگوهای فعالیت‌های مغزی‌ای بستگی دارد که در طول همهٔ تجربیات ما به صورت سریع و پیوسته تغییر می‌کنند. به همین دلیل ما بسیار هیجان‌زده هستیم از اینکه نتایج این کار ما در راستای رسیدن به این هدف کمک شایانی می‌کند.»
نتایج این پژوهش باعث شد تا دکتر پولیمنی برندهٔ کمک‌هزینهٔ تحقیقاتی از NIH BRAIN Initiative شود. کمک‌هزینهٔ BRAIN برای گسترش مطالعاتی صرف خواهد شد که در آن از تکنولوژی fMRI سریع برای بهبود نقشه‌برداری عملکردی مغز انسان، در یک مقیاس ریز‌تر، استفاده شود.
مترجم: سید محمدرضا گواهی – وبسابت نوروسافاری
لینک گزارش این پژوهش در ژورنال PNAS:
Fast fMRI can detect oscillatory neural activity in humans
لینک گزارش خبری در وبسایت NIH: