پلتفرم تصویربرداری جدید اساس عصبی یک ذهن در حال حرکت را نشان می دهد

پلتفرم تصویربرداری جدید اساس عصبی یک ذهن در حال حرکت را نشان می دهد

تمبر زمان: 22 مارس 2023، 5:25 صبح

موش صحرایی که درگیر پردازش خود ارجاعی است
مغز خیالبافی موش صحرایی که درگیر پردازش خود ارجاعی است. این تصویر همچنین شبکه حالت پیش فرض را که توسط fMRI نشان داده شده است نشان می دهد. (تصویر: CC BY 4.0/Shih Lab، تصویر موش لانگ ایوانز ارائه شده توسط تزو-هائو هری چائو)

آخرین باری که رویاپردازی کردید کی بود؟ بدون توجه خاص به دنیای بیرون، درگیر درون نگری یا یادآوری حافظه، حالت ذهنی شما تغییر می کند. این تفاوت در الگوهای جهانی فعالیت مغز - شبکه حالت پیش فرض (DMN) منعکس شده است. DMN که 20 سال پیش شناسایی شد و از آن زمان در کانون فعالیت های تحقیقاتی زیادی قرار گرفت، چندین ناحیه مغز را از طریق نوسانات با فرکانس پایین مشخص به هم متصل می کند.

تزو هائو هری چائو از دانشگاه کارولینای شمالی در چاپل هیل می‌گوید: DMN همچنین نقش کلیدی در انواع اختلالات عصبی و روانپزشکی، از جمله بیماری آلزایمر، اسکیزوفرنی، افسردگی و اوتیسم دارد. بخش نورولوژی. "درک نحوه عملکرد DMN در سلامت و بیماری می تواند منجر به درمان ها و مداخلات جدیدی برای این شرایط شود."

چائو و همکارانش با انگیزه این اهداف، تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) را با یک حسگر فتومتری فیبر که سطوح کلسیم سلولی را اندازه‌گیری می‌کند، ترکیب کرده‌اند تا بفهمند چگونه مناطق مختلف مغز برای ایجاد و مختل کردن DMN در مغز موش‌ها گرد هم می‌آیند. آنها یافته های خود را در گزارش می کنند با پیشرفتهای علمی.

هنگام مطالعه اتصالات مغزی در مقیاس بزرگ، استفاده از نورون های فردی، به ویژه در مناطق عمیق مغز، چالش برانگیز است. بنابراین، برای بررسی ویژگی‌های جهانی، عصب‌شناسان اغلب از یک پروکسی برای فعالیت‌های عصبی استفاده می‌کنند.

تزو هائو هری چائو
نویسنده ارشد تزو هائو هری چائو در کنار سکوی نورسنجی ایستاده است. (تقدیم: تزو هائو هری چائو)

چائو توضیح می‌دهد: «برای مثال، fMRI تغییرات در اکسیژن‌رسانی/جریان خون به نواحی مختلف مغز را تشخیص می‌دهد، که تصور می‌شود منعکس‌کننده تغییرات در فعالیت‌های عصبی هستند،» و هشدار می‌دهد که «این رابطه بین جریان خون و فعالیت عصبی همیشه ساده نیست. می تواند منابع زیادی از نویز و تنوع در سیگنال های fMRI وجود داشته باشد. برای تکمیل داده‌های fMRI با اندازه‌گیری مستقیم فعالیت عصبی، تیم تحقیقاتی یک پلت‌فرم تصویربرداری نوری سازگار با fMRI ایجاد کردند که بازخوانی نورون‌های چند سایتی را از مغز موش‌ها فراهم می‌کند.

در طول انتقال سیگنال از یک نورون به نورون دیگر، یون های کلسیم در پاسخ به یک پتانسیل عمل وارد سلول می شوند و باعث آزاد شدن انتقال دهنده های عصبی در سیناپس می شوند. برای آزمایش‌ها، این تیم از موش‌های دستکاری شده ژنتیکی استفاده کردند که حامل پروتئین حساس به کلسیم بودند. چائو می‌گوید: این پروتئین در پاسخ به اتصال کلسیم دچار تغییر ساختاری می‌شود که منجر به افزایش شدت فلورسانس می‌شود که می‌تواند برای تشخیص تغییرات در سطوح کلسیم درون سلولی استفاده شود.

محققان یک دستگاه fMRI را با یک پلت فرم فوتومتری فیبری هماهنگ کردند که می تواند تغییرات غلظت کلسیم سلولی را به طور همزمان در چهار ناحیه مغز تشخیص دهد. آنها سپس مغز جوندگان بیهوش شده را برای تغییرات فعالیت DMN اسکن کردند که آنها را با داده های کلسیم تراز کردند.

سه ناحیه از چهار ناحیه مغز مشاهده شده فعالیت عصبی افزایش یافته را درست قبل از ایجاد DMN نشان دادند، در حالی که در ناحیه چهارم - قشر منزوی قدامی - فعالیت به طور قابل توجهی کاهش یافت. این جالب است زیرا قشر منزوی قدامی نقشی در شبکه برجسته (SN) ایفا می کند، یک حالت اتصال مغزی جایگزین مرتبط با توجه.

در مقابل، پس از غیرفعال شدن DMN، فعالیت در سه منطقه مرتبط با DMN مهار شد، در حالی که سیگنال قشر منزوی قدامی حدود 8 ثانیه قبل از خاموش شدن DMN افزایش یافت. پس از تجزیه و تحلیل آماری، این مشاهدات نشان می دهد که فعالیت قشر منزوی قدامی تأثیر علی منفی بر سایر مناطق مغز DMN دارد.

محققان همچنین مدلی از پنج حالت نهفته مغز را با چرخه ای از انتقال احتمالی بین آنها استخراج کردند. از آنجایی که در برخی از این حالت‌های پنهان، قشر منزوی قدامی با سایر مناطق همبستگی دارد، در حالی که در سایر حالت‌ها یک ضد همبستگی وجود دارد، چائو نتیجه می‌گیرد که «توپولوژی شبکه‌های مغزی در مقیاس بزرگ می‌تواند بسیار پویا باشد و این شبکه‌ها می‌توانند تا حدودی همپوشانی داشته باشند. به جای اینکه به وضوح از هم جدا شوند». مسیری که توسط آن قشر منزوی قدامی باعث سرکوب DMN می شود، نیاز به بررسی بیشتر دارد، اما تیم امیدوار است در کارهای آینده به آن دست یابد.

محققان همچنین مغز موش‌های بیدار را با تکنیک اندازه‌گیری کلسیم مورد مطالعه قرار دادند. با استفاده از یک الگوی عجیب و غریب، که در آن موش‌ها به صداهای تکراری با گاه به گاه فرد-یک-بیرون گوش می‌دادند، یک شبکه علّی بین نواحی مغز مورد مطالعه پیدا کردند، که باز هم قشر منزوی قدامی نقش بازدارنده‌ای بر سایر مناطق مرتبط با DMN دارد.

آزمایش‌ها بر روی موش‌های بیدار fMRI را نشان ندادند، زیرا اکتساب‌های fMRI معمولی بسیار بلند است، که می‌تواند باعث ایجاد استرس برای حیوان شود. چائو توضیح می‌دهد: «در انسان‌ها، ما می‌توانیم از گوش‌گیرها به اضافه گوش‌بندها برای به حداقل رساندن نویز صوتی برای تأثیرگذاری بر افراد انسان استفاده کنیم». تقلید این کار در جوندگان عملا برای ما دشوارتر است، تا حدی به این دلیل که جمجمه آنها بسیار نازک است تا صدای صوتی به راحتی به آن نفوذ کند. همانطور که گفته شد، ما در واقع در حال کار بر روی انجام fMRI در موش‌های بیدار با یک تکنیک جدید fMRI بی‌صدا هستیم.

این تیم در حال توسعه رویکرد حسگر کلسیم با گنجاندن کانال‌های بیشتر برای فعال کردن داده‌ها از دو آزمودنی به طور همزمان است. این ارتقا ما را قادر می سازد تا نقش DMN و SN را در تعامل اجتماعی با استفاده از مدل های جوندگان بررسی کنیم. ما یک همکاری فعال در این زمینه با آزمایشگاه Vinod Menon در دانشگاه استنفورد حفظ می کنیم.

او مطمئن است که تحقیقات آنها «راه را برای مطالعات ترجمه‌ای آینده با استفاده از مدل‌های جوندگان برای بررسی پایه سلولی شبکه‌های مغزی در مقیاس بزرگ، عملکردی و رفتاری در مغز سالم، و مکانیسم‌های عصبی که منجر به اختلال عملکرد شبکه در اختلالات مغزی می‌شوند، هموار می‌کند. ".

چائو می گوید: "[این] پتانسیل تغییر چشم انداز fMRI را دارد و دانش به دست آمده پیامدهای گسترده ای برای طراحی، تجزیه و تحلیل و تفسیر داده های fMRI مغز انسان خواهد داشت." دنیای فیزیک.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک