مغز انسان مجموعه ای از صدها میلیون نورون و سلول های محافظتی است. ما می توانیم خاطرات طول زندگی خود را در آن ذخیره کنیم. از مغز می توانیم برای انجام کارهای مختلف، از جمله نوشتن یک شعر یا ساختن یک هواپیما، استفاده کنیم. مطمئنا مغز فیل از مغز انسان بزرگتر است و وزن بیشتری دارد، اما فیل ها توانایی های ما انسان ها را ندارند. دانشمندان از این بابت مطمئن هستند و به همین دلیل اقدام به نقشه برداری از مغز کرده اند، پروژه ای جدید که تکمیل آن ممکن است سال ها طول بکشد.
نقشه برداری مغز تلاشی است که ساختار مغز را به عملکرد آن مرتبط می سازد و یا بخش هایی را که توانایی های خاصی به ما می دهند، کشف می کند. به عنوان مثال چه بخش هایی از مغز به ما امکان خلاق بودن و منطقی بودن می دهند؟ این مسئله محلی سازی عملکرد نامیده می شود.
تکنولوژی و روش های نقشه برداری مغز
دانشمندان از روش های زیادی برای مطالعه عملکرد و ساختار مغز استفاده کرده اند. آنها تصاویری از مغزهای سالم تهیه می کنند و آنها را با مغزهای بیمار مقایسه می کنند. به علاوه آنها مغز انسان، پستان داران نخستین و پستانداران کوچک را مورد بررسی قرار می دهند و سعی می کنند چگونگی عملکرد سیستم عصبی بی مهرگان کوچکتر را کشف کنند. در یک سطح میکروسکوپی نورون ها را نیز بررسی می کنند.
در ادامه چند ابزار مختلف را که در نقشه برداری مغز مورد استفاده قرار می گیرند، معرفی می کنیم. این تکنیک ها تصاویری از مغز را دریافت می کنند:
- توموگرافی محوری کامپیوتر یا Computer axial tomography) CAT) اسکن مغز با اشعه ایکس که اززوایای مختلف مغز را نشان می دهد و اختلالات ساختاری آن را مشخص می کند.
- تصویربرداری رزونانس مغناطیسی ساختاری، این روش از آب در مغز بهره می گیرد تا تصاویری با وضوح بهتر از اسکن CAT ایجاد کند.
- تصاویر تانسور پخش – MRI، نورون هایی که بخش های مختلف مغز را به یکدیگر متصل می کند، با دنبال کردن مسیر حرکت آب ردیابی می کند.
این تکنیک ها فعالیت مغز را بررسی می کنند:
- الکتروآنسفالوگرافی (EEG) این تکنیک با استفاده از آشکار سازهای اعمال شده در مغز و یا پوشیدن کلاه، بخش هایی از مغز را که از لحاظ الکتریکی فعال هستند، نشان می دهد.
- توموگرافی انتشار پوزیترون (PET) تصاویری از نشانگرهای رادیواکتیو در مغز می گیرد.
- MRI کارکردی (fMRI) زمانی که فرد در حال انجام فعالیت های مختلف است، تصاویری از فعالیت مغز را نشان می دهد.
- MRI عملکرد دارویی (phMRI) فعالیت مغز را در زمان مصرف دارو نشان می دهد.
- تحریک مغناطیسی مغز (TMS) بخش هایی از مغز تحریک می شوند تا رفتارهای خاصی را آغاز کنند.
نقشه برداری مغز در چه مواردی استفاده می شود؟
با استفاده از نقشه برداری مغز به طور عینی و واضح تر می توان شناخت. ما هرگز نموداری از چگونگی اتصال نورون ها به یکدیگر در مغز ندیده ایم. تمام تصورات ما براساس دانش ناقص ما در مورد آن چیزی است در مغز است، با استفاده از نقشه برداری مغز می خواهیم بدانیم واقعا چه چیزی در مغز است.
لیچمن (Lichtman) در این باره می گوید نمودار سیم کشی مغز به ما کمک می کند چگونگی یادگیری و سازگاری خود را بهتر درک کنیم. ما نسبت به حیوانات با کمترین سازگاری نسبت به محیط زندگی خود را شروع می کنیم. تا بزرگسالی می توانیم از ابزارهایی استفاده کنیم که پدران ما تصور نمی کردند سیستم عصبی ما بتواند از اینگونه ابزار استفاده کند (به عنوان مثال گوشی های هوشمند)؛ این درحالیست که حیوانات دیگر نیز این ویژگی را ندارند.
نقشه برداری مغز برای پزشکان نیز کاربرد عملی دارد. جراحان مغز از نقشه برداری مغز برای انجام بهتر جراحی استفاده می کنند. به عنوان مثال یکی از روش های درمانی برای تشنج برداشتن بخش آسیب دیده مغز است. با استفاده از MRI عملکردی و EEG جراح می تواند محل تشنج را در مغز بیمار مشخص کند – همچنین بخش هایی که در زمان صحبت کردن یا حرکت کردن فعال هستند. این تصاویر به پزشک می گویند چه بخش هایی باید بمانند و چه بخش هایی خارج شوند.
تصویربرداری از مغز نه تنها برای درمان، بلکه برای تشخیص بیماری های مخرب اعصاب (neurodegenerative) استفاده می شوند. برخی بیماری های مخرب اعصاب عبارتند از پارکینسون و آلزایمر. پزشک با استفاده از تکنیک های برچسب زدن، مانند PET، می تواند افت مواد شیمیایی خاص را در مغز بررسی کند و یا از MRI برای بررسی انقباض های بخش های مختلف مغز استفاده کنند. به مرور زمان پزشک می تواند تصویر مغز را با پیشروی بیماری نقشه ریزی کند.
اختلالات رشد، مانند اوتیسم، ممکن است دارای یک مبنای ساختاری در مغز باشند. لیچمن بیان می کند که تصور می شود اوتیسم شامل مجموعه ای از اتصالات اشتباه در بین نورون ها است.
دانشمندان تاثیر دیگر بیماری های روحی را بر روی مغز بررسی کرده اند و به موفقیت هایی نیز دست یافته اند. تصویر برداری از مغز در این بیماران اختلالات ساختاری را در مغز این افراد نشان داد. به عنوان مثال MRI ساختاری نشان داده که بیماران مبتلا به اسکیزوفرنی در لب گیجگاهی و غشاء پیشین مغز به مرور زمان ماده مغز را از دست می دهند. این یافته لازم است به درمان منتهی شوند.
اختلالات دیگری مانند اختلال هراس، اختلال دو قطبی، افسردگی، اضطراب، اختلالات خوردن و غیره با استفاده از تکنیک های نقشه برداری مغز در حال بررسی هستند.
نقشه برداری مغز چطور استفاده می شود؟
نوروفارماتیک ها (Neuroinformatics) تمام داده های مغز را در یک فرمت قابل استفاده روی اینترنت قرار می دهد. این داده ها عبارتند از تصاویر، مدل های رفتار نورون و نقشه های ژن هایی که در مناطق مختلف مغز فعال می شوند. این داده ها قابلیت به اشتراک گذاشتن و جستجو شدن را پیدا می کنند و به این ترتیب از این داده برای بررسی ها و اکتشافات بیشتر استفاده کنند.
مهندسین تلاش می کنند نرم افزاری ایجاد کنند تا به محققان کمک کنند داده را به اشتراک گذاشته و با هم مقایسه کنند. برای مثال نرم افزار در حال حاضر این مسئله را بررسی می کند که آیا MRI مربوط به بیماران مبتلا به آلزایمر با مغزهای به اندازه و اشکال مختلف دارای ویژگی های مشابه هستند یا خیر.
