یک روش تصویربرداری جدید شبکه های گریزان مغز را ردیابی می کند

درک منبع و شبکه سیگنال ها به عنوان عملکرد مغز، هدف اصلی تحقیقات مغز است. اکنون مهندسان کارنگی ملون سیستمی برای تصویربرداری EEG با چگالی بالا از منشاء و مسیر سیگنال‌های طبیعی و غیرطبیعی مغز ایجاد کرده‌اند.

بن هه، رئیس دپارتمان مهندسی زیست پزشکی دانشگاه کارنگی ملون، و همکارانش در حال کار بر روی یک ابتکار بزرگ مؤسسه ملی سلامت به نام تحقیقات مغز با پیشرفت فناوری‌های عصبی نوآورانه (BRAIN) هستند.

کار گروه EEG با چگالی بالا که در مجله Nature Communications گزارش شده است،¹ گام مهمی به سوی تحقق یکی از اهداف اصلی ابتکار BRAIN برمی دارد: «ایجاد یک تصویر پویا انقلابی جدید از مغز که برای اولین بار نشان می دهد که چگونه سلول های فردی و مدارهای عصبی پیچیده هم در زمان و هم در مکان تعامل دارند.” ، راهی برای مشاهده اینکه مغز چگونه کاری را که انجام می دهد ایجاد کند.

دکتر شومین وانگ، مدیر برنامه NIBIB در فناوری‌های بیو الکترومغناطیسی، توضیح داد: «الکتروانسفالوگرافی (EEG) برای دهه‌ها برای ردیابی سیگنال‌های مغز مورد استفاده قرار گرفته است. دکتر Toi و تیمش نسخه قدرتمندتری از EEG با چگالی بالا را توسعه داده‌اند که می‌تواند سیگنال‌های مغز را در مناطق بسیار بزرگ‌تری از مغز نسبت به آنچه که قبلاً ممکن بود ردیابی کند. سپس از هوش مصنوعی برای شناسایی این که این سیگنال‌های قوی‌تر از کجا سرچشمه می‌گیرند و با دقت زیادی در مغز حرکت می‌کنند، استفاده می‌شود.

تیم تحقیقاتی سیستم EEG با چگالی بالا را بر روی بیماران صرعی آزمایش کردند. افراد تشنج هایی را تجربه می کنند که ناشی از تکانه های نامنظم فعالیت مغز است که به عنوان منطقه صرع شناخته می شود. تشنج بسیاری از بیماران را می توان با دارو کنترل کرد. برای کسانی که به دارو مقاوم هستند، برداشتن ناحیه صرع با جراحی یک گزینه بالینی است. توانایی نوار مغزی با چگالی بالا برای شناسایی دقیق منبع صرع، به جراحی های مغزی بسیار بهبود یافته اجازه می دهد تا به طور موثر فقط ناحیه مشکل را حذف کرده و بافت مغز اطراف را حفظ کند.

این تیم روش خود را به نام FAST-IRES برای پراکندگی لبه‌های وزنی مکرر فضایی-زمانی، روی 36 بیمار صرعی که تحت آزمایش قبل از عمل بودند، آزمایش کردند. ضبط‌های غیرتهاجمی مغز FAST-IRES طی چند روز با استفاده از یک آرایه EEG با چگالی بالا اختصاص داده شد. این واقعیت که FAST-IRES غیر تهاجمی است بسیار مهم است، با توجه به اینکه آزمایش استاندارد قبل از عمل نیاز به EEG تهاجمی دارد، که برای تعیین ناحیه صرع ضروری است، اما با افزایش خطر عفونت، عوارض و هزینه همراه است.

در 36 بیمار، روش FAST-IRES بیش از 1000 پیک EEG را تجزیه و تحلیل کرد و 86 تشنج رخ داد. سپس ضبط‌های با چگالی بالا با استفاده از بخش هوش مصنوعی روش FAST-IRES مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و با آزمایش EEG تهاجمی استاندارد قبل از عمل و یافته‌های جراحی مقایسه شد.

روش FAST-IRES در شناسایی موقعیت و وسعت ناحیه صرع در بیماران بسیار دقیق بود، همانطور که توسط داده های جراحی تایید شد. او گفت: «نتایج ما به وضوح نشان داد که FAST-IRES می‌تواند ناحیه صرع‌زا را با دقت بالا با استفاده از ضبط‌های نوار مغزی غیرتهاجمی و با چگالی بالا در پوست سر شناسایی کند.» همکاران مطالعه در کلینیک مایو در حال بررسی اجرای این سیستم در آینده هستند.

این تیم معتقد است که تکنیک FAST-IRES می تواند برای تشخیص و درمان آلزایمر، پارکینسون، سکته مغزی و حتی افسردگی استفاده شود. او گفت: “بسیار خوشحال کننده است که می بینیم کار ما تاثیر قابل توجهی در تحقق یکی از اهداف اصلی ابتکار BRAIN دارد.” “علاوه بر درمان بیماران، ما مشتاقانه منتظر کار خود هستیم که به محققان کمک کند تا پیشرفت های قابل توجهی در درک ما از علوم اعصاب انسانی داشته باشند.”

این تحقیق با کمک هزینه EB021027 از موسسه ملی تصویربرداری زیست پزشکی و مهندسی زیستی (NIBIB) و کمک های مالی از موسسه ملی اختلالات عصبی و سکته مغزی، موسسه ملی سلامت روان و مرکز ملی پیشرفت علوم ترجمه پشتیبانی شد.

1. تصویربرداری غیرتهاجمی منبع الکترومغناطیسی از منابع مغزی صرع زایی توزیع شده فضایی و زمانی. عباس سهراب پور، ژنگ شیانگ کای، شوای یه، بنجامین برینکمن، گریگوری وورل و بین هه. Nature Communications جلد 11، شماره مقاله: 1946 (2020).