تتحدى دراسة التصوير بالرنين المغناطيسي معرفتنا بكيفية عمل الدماغ البشري - عالم الفيزياء

كيف يعمل الدماغ البشري؟ يعتمد على من تسأله.

في المدرسة ، من المحتمل أنك علمت أن أدمغتنا تحتوي على مليارات من الخلايا العصبية التي تعالج المدخلات وتساعدنا في تكوين الأفكار والعواطف والحركات. اسأل متخصصي التصوير ، وستتعرف على كيفية رؤيتنا للدماغ بطرق مختلفة باستخدام مجموعة متنوعة من تقنيات التصوير وما يمكننا تعلمه من كل صورة. سيخبرك علماء الأعصاب أيضًا عن التفاعلات بين الخلايا العصبية والمواد الكيميائية ذات الصلة ، مثل الدوبامين والسيروتونين.

إذا سألت مجموعة فرعية من علماء الأعصاب الذين يركزون على الأطر الرياضية عن كيفية تأثير شكل الدماغ على نشاطه - مجال علم الأعصاب الرياضي يسمى نظرية المجال العصبي - ستبدأ في فهم العلاقة بين شكل الدماغ وهيكله ووظيفته بطريقة أخرى. .

تعتمد نظرية المجال العصبي على فهمنا التقليدي لكيفية عمل الدماغ. يستخدم الشكل المادي للدماغ - حجم وطول وانحناء القشرة ، والشكل ثلاثي الأبعاد للقشرة الفرعية - كسقالة يحدث عليها نشاط الدماغ بمرور الوقت والمكان. ثم يقوم العلماء بنمذجة النشاط الكهربائي العياني للدماغ باستخدام هندسة الدماغ لفرض قيود. على سبيل المثال ، قد يتم نمذجة النشاط الكهربائي على طول القشرة المخية على أنها تراكب لموجات متنقلة تنتشر عبر صفيحة من النسيج العصبي.

"فكرة أن هندسة الدماغ يمكن أن تؤثر أو تقيد أي نشاط يحدث في الداخل ليست سؤالًا تقليديًا في علم الأعصاب ، أليس كذلك؟ إنه سؤال مقصور على فئة معينة ... كانت هناك عقود من العمل لمحاولة رسم خريطة الأسلاك المعقدة للدماغ ، واعتقدنا أن كل النشاط الذي يخرج من الدماغ مدفوع بهذه الأسلاك المعقدة ، " جيمس بانج، زميل باحث في جامعة موناش معهد تيرنر للدماغ والصحة العقلية.

في دراسة نشرت في الطبيعة، تحدّى بانج وزملاؤه هذا الفهم السائد من خلال تحديد علاقة قوية بين شكل الدماغ ونشاط التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI).

كان الباحثون يدرسون الرنين الطبيعي المسمى eigenmodes ، والذي يحدث عندما تهتز أجزاء مختلفة من النظام بنفس التردد ، مثل الإثارة التي تحدث في الدماغ أثناء فحص الرنين المغناطيسي الوظيفي الذي يثيره. عندما طبقوا نماذج رياضية من نظرية المجال العصبي إلى أكثر من 10,000 خريطة نشاط وبيانات الرنين المغناطيسي الوظيفي من مشروع Connectome البشري، وجد الباحثون أن النشاط القشري وتحت القشري ناتج عن إثارة الخيوط الذاتية على مستوى الدماغ بأطوال موجية مكانية طويلة تصل إلى 6 سم وتتجاوزها. تتناقض هذه النتيجة مع الاعتقاد الرائد بأن نشاط الدماغ موضعي.

"لطالما اعتقدنا أن أفكارًا أو أحاسيس محددة تثير نشاطًا في أجزاء معينة من الدماغ ، ولكن هذه الدراسة تكشف أن أنماطًا منظمة من النشاط يتم تحفيزها عبر الدماغ بأكمله تقريبًا ، تمامًا مثل الطريقة التي تنشأ بها النوتة الموسيقية من الاهتزازات التي تحدث على طول يقول بانغ في بيان صحفي: "طول وتر الكمان بالكامل ، وليس مجرد قطعة معزولة".

يوفر التعلم الآلي نظرة ثاقبة للدماغ البشري

قارن بانج وزملاؤه أيضًا كيفية أداء المودات eigenmodes الهندسية ، التي تم الحصول عليها من نماذج لشكل الدماغ ، بالنسبة إلى الأنماط الذاتية المتصلة بالشبكة ، والتي تم الحصول عليها من نماذج اتصال الدماغ. ووجدوا أن أنماط eigenmodes الهندسية تفرض قيودًا أكبر على نشاط الدماغ مقارنة بالوصلات eigenmodes ، مما يشير إلى أن ملامح الدماغ وانحناءه يؤثران بقوة على نشاط الدماغ - ربما حتى بدرجة أكبر من الترابط المعقد بين مجموعات الخلايا العصبية نفسها.

ببساطة ، تتحدى نتائج العلماء معرفتنا بكيفية عمل الدماغ البشري.

يقول بانغ: "نحن لا نقول إن الاتصال في دماغك ليس مهمًا". "ما نقوله هو أن شكل عقلك له أيضًا مساهمة كبيرة. من المحتمل جدًا أن يكون لكلا العالمين بعض التآزر ... كانت هناك عقود وعقود من العمل من كلا الجانبين من البحث في عالم نظرية المجال العصبي وعالم الاتصال ، وكلاهما مهم ، في رأيي. تفتح هذه الدراسة العديد من الاحتمالات - يمكننا دراسة كيف تتنوع الأشكال الهندسية الذاتية من خلال التطور العصبي أو تتعطل بسبب الاضطرابات السريرية ، على سبيل المثال. إنه أمر مثير للغاية ".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/mri-study-challenges-our-knowledge-of-how-the-human-brain-works/