« data-gt-translate-attributes = »[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”> اتصالات الطبيعة.


يؤكد شيمش: « في هذه الدراسة ، أردنا أن نفهم ما يكمن وراء تلك الارتباطات ونتحقق من الآليات المتضمنة ».

اقترح عدد من الأعمال النظرية أن هذه الأنماط يمكن تفسيرها من خلال الموجات الواقفة (التي لا تتحرك قممها وقيعانها في الفضاء) التي يتردد صداها في بنية الدماغ – أي عن طريق موجات مماثلة لأنماط الاهتزاز في الآلات الموسيقية. ولكن كان هناك القليل من الأدلة التجريبية لدعم هذه الفرضية بسبب الدقة الزمنية الضعيفة للرنين المغناطيسي الوظيفي ، حيث تصل فقط إلى صورة أو اثنتين في الثانية. تقول جوانا كابرال ، المؤلف الأول للدراسة ، من معهد أبحاث علوم الحياة والصحة بجامعة مينهو وعالم زائر في شيمش: « إذا وجدنا أن الأنماط المكانية تتذبذب ، فإن هذا سيوفر دليلًا يدعم فرضية الرنين ». مختبر منذ عام 2019.

[embedded content]

يُظهر الفيديو أن نشاط الدماغ الذي تم التقاطه باستخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي يمكن إعادة بنائه كتراكب لعدد صغير من الموجات الثابتة العيانية ، أو أوضاع الرنين ، التي تتأرجح في الوقت المناسب. الائتمان: جوانا كابرال


لذا ما فعله الفريق هو تسريع عملية الحصول على الصور ، واكتشفوا أن الإشارات في مناطق الدماغ البعيدة تتأرجح معًا بمرور الوقت. « تبدو هذه الأنماط التذبذبية وكأنها تناظرية ذات أبعاد أعلى لأنماط الرنين في الآلات الموسيقية ؛ يقول كابرال: « إنها شبيهة بالصدى والأصداء داخل الدماغ ».

يقول شيمش: « تُظهر بياناتنا أن الأنماط المكانية المعقدة هي نتيجة للأنماط الأساسية المتذبذبة بشكل عابر ومستقل ، تمامًا مثل مشاركة الآلات الفردية في إنشاء قطعة أكثر تعقيدًا في الأوركسترا ». « يمكن جمع الأنماط المميزة ، التي يساهم كل منها في الصورة الكلية في مقاييس زمنية مختلفة وأطوال موجية مختلفة ، معًا ، مما يؤدي إلى إنشاء أنماط ماكروسكوبية معقدة مماثلة للأنماط التي لوحظت تجريبيًا [see below]. على حد علمنا ، هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إعادة بناء نشاط الدماغ الذي تم التقاطه بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي على أنه تراكب للموجات الواقفة « ، كما يشير.

وبالتالي تشير الدراسة الجديدة بقوة إلى الدور الرئيسي لهذه الموجات أو الأنماط الرنانة في وظائف المخ. يعتقد المؤلفون أن هذه الظواهر الرنانة هي أصل نشاط الدماغ المتماسك والمنسق اللازم لوظيفة الدماغ الطبيعية ككل.

التصوير بالرنين المغناطيسي فائق السرعة

اكتشف الباحثون أنماط الرنين في الفئران في حالة الراحة ، مما يعني أن الحيوانات لم تتعرض لأي منبه خارجي محدد. في الواقع ، لم تكن هناك حاجة إلى مهام ، لأنه كما ذكرنا سابقًا ، حتى عندما لا نفعل شيئًا (والثدييات بشكل عام) على وجه الخصوص ، تستمر أدمغتنا في توليد أنماط نشاط عفوية يمكن التقاطها بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.


لتصور التذبذبات ، أنشأ الباحثون « مقاطع فيديو » للنشاط باستخدام ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي التجريبي ذي المجال العالي جدًا في مختبر شيمش وأجروا تجارب فائقة السرعة تم تطويرها منذ بعض الوقت بواسطة هذا المختبر لأغراض أخرى.

يتذكر كابرال: « التقيت مع نعوم في عام 2019 ، وقررنا الحصول على تسجيلات لنشاط الدماغ بأقصى دقة زمنية يمكن أن نحققها في ماسح Tesla 9.4 في مختبره ». « صمم نعوم التجارب ، فرانسيسكا فيرنانديز [the third author of the study] قمت بها ، وقمت بتحليل البيانات والتصور. نجح نعوم في تحقيق دقة زمنية قدرها 26 صورة في الثانية ، وبالتالي حصل على 16000 صورة لكل مسح ضوئي مدته 10 دقائق (بدلاً من 600 صورة بدقة نموذجية لصورة واحدة في الثانية).

مثل الأمواج في المحيط

« عندما شاهدنا مقاطع الفيديو لأول مرة لنشاط الدماغ المسجل ، رأينا موجات واضحة من النشاط ، مثل الأمواج في المحيط ، تنتشر في أنماط معقدة داخل القشرة والمخطط [a subcortical region of the forebrain] »، يقول كابرال. ووجدنا أنه يمكن وصف الإشارات من خلال تراكب عدد صغير من الموجات الثابتة العيانية ، أو الأنماط الرنانة ، التي تتأرجح بمرور الوقت. والجدير بالذكر أن كل موجة واقفة وُجِدت لتغطي مناطق ممتدة من الدماغ ، مع قمم موزعة في هياكل قشرية وتحت قشرية مميزة ، وتشكل شبكات وظيفية « .

جرب الباحثون الفئران في ثلاث حالات مختلفة: مخدر ، مخدر خفيف ، مخدر بعمق. (في الواقع ، تم تخدير الحيوانات قليلاً في حالة الراحة ، لتجنب أي إزعاج لها.) « كان التكوين المكاني لهذه الموجات الثابتة متسقًا للغاية عبر الفئران التي تم مسحها ضوئيًا في نفس الحالة ، » يشير كابرال.


يضيف شيمش: « لقد أظهرنا أن شبكات الدماغ الوظيفية مدفوعة بظواهر الرنين. يفسر هذا الارتباطات التي يتم ملاحظتها بطريقة أخرى عندما تقوم بالتصوير البطيء. تخضع تفاعلات الدماغ بعيدة المدى من خلال « تدفق » المعلومات المتذبذب والمتكرر « .

الحالات المرضية

ووجدوا أيضًا أن زيادة كمية المخدر يقلل من عدد الموجات الثابتة الرنانة وتواترها ومدتها. كما ذكرنا سابقًا ، أظهرت الدراسات السابقة أن أنماطًا معينة من تنشيط الدماغ تتغير باستمرار في اضطرابات الوعي. لذا ، فإن هذا التصميم التجريبي ، كما يقول كابرال ، كان يهدف في الواقع أيضًا إلى محاكاة الحالات المرضية المختلفة.

وتشير إلى أن « الشبكات الوظيفية تبدو متقطعة في العديد من الاضطرابات العصبية والنفسية ». إذا تأكدت في البشر ، فإنها تتكهن ، يمكن أن تؤدي نتائجها أيضًا إلى استخدام أنماط الرنين كواسمات حيوية للمرض.

« توفر دراستنا أيضًا » قيادة « جديدة في النظر إلى المرض » ، كما يؤكد شيمش. نحن نعلم أن نشاط الدماغ بعيد المدى يتأثر بشدة بالمرض ، لكننا لا نفهم لماذا أو كيف. يمكن أن يؤدي فهم آلية التفاعلات طويلة المدى إلى طريقة جديدة تمامًا لتوصيف المرض والتلميح إلى نوع العلاج الذي قد يكون ضروريًا: على سبيل المثال ، إذا كان وضع رنين معين مفقودًا من المريض ، فقد نرغب في إيجاد طرق لتحفيز هذا الوضع المعين « .



من الواضح أن هناك حاجة إلى مزيد من العمل لتأكيد كل هذه النتائج ، كما يتفق الباحثون ، وما إذا كانت قابلة للتكرار في البشر. يقول كابرال: « بمجرد أن نفهم بشكل أفضل طبيعة الشبكات الوظيفية ، يمكننا تصميم استراتيجيات مستنيرة لتعديل أنماط الشبكة هذه ».

هذا هو بالضبط موضوع المشروع الجديد للباحثين ، « BRAINSTIM: التنبؤ باستراتيجيات التحفيز لتعديل التفاعلات بين مناطق الدماغ ». بتمويل من مؤسسة « la Caixa » والبنك البرتغالي BPI ، بقيمة 300000 يورو ، وهو عبارة عن تعاون بين معهد علوم الحياة والصحة بجامعة مينهو ومؤسسة Champalimaud – وهدفه هو فهم تأثير العناصر المتميزة بشكل أفضل تحفيز الدماغ الدوائي والكهرومغناطيسي في تعديل هذه الأنماط التذبذبية العيانية.

المرجع: « الأنماط التذبذبية الكبيرة الجوهرية التي تقود اتصالًا وظيفيًا بعيد المدى في أدمغة الفئران الأنثوية التي تم اكتشافها بواسطة الرنين المغناطيسي الوظيفي فائق السرعة » بقلم جوانا كابرال وفرانسيسكا إف فرنانديز ونوام شيمش ، 6 فبراير 2023 ، اتصالات الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41467-023-36025-x