EEG با چگالی بالا تصویری پویا از منشا سیگنال مغز به دست می‌هد

طرح تحقیقات مغز به واسطه‌ی پیشبرد نورو‌فناوری‌های خلاقانه (BRAIN) موسسه ملی بهداشت آمریکا، محققان را تهییج می‌کند تا تصویری پویا و جدید از مغز، که برای اولین بار نشان دهد سلول‌های فردی و مدارهای عصبی پیچیده چه در زمان و چه در مکان چگونه تعامل می‌کنند، ایجاد کنند. یک تکنیک ایده آل برای تصویربرداری عملکردی مغز انسان - یکی از اولویت‌های اصلی طرح - فعالیت مغز را با وضوح زمانی و مکانی بالا، و پوشش‌دهی گسترده‌ی مکانی نشان می‌دهد.

کارنگی ملون در زمینه‌ی تصویربرداری عملکردی اعصاب جهشی بزرگ را ایجاد کرده است. این مطالعه با تامین مالی NIH چندین سال به طول انجامید و با بررسی ده‌ها بیمار مبتلا ‌به صرع، یک فناوری نوین تصویربرداری از منشا را پدید‌آورده‌است که از ثبت EEG با چگالی بالا برای نقشه‌برداری از شبکه‌های اساسی مغز استفاده می‌کند. این تحقیق که در ژورنال Nature Communications منتشر‌شده‌است، گامی بزرگ در جهت تعیین توانایی تصویربرداری پویا از عملکرد و اختلال عملکرد مغز انسان است. این می‌تواند نگرش مهمی در مورد اینکه کجا و چگونه پردازش اطلاعات اساسی صورت می‌گیرد، ایجاد کند.

EEG از مدت‌ها پیش یکی از مؤثرترین روش‌های کاربردی موجود برای نقشه‌برداری مغز انسان بوده است. گرفتن سیگنال در این روش هزار میلی‌ثانیه طول می‌کشد، اما این فناوری هنوز هم در تعیین میزان فعالیت از نظر مکانی در مغز جای کار دارد. روش پیشنهادی او و تیمش برای اولین بار با استفاده از EEG با چگالی بالا، اندازه و دامنه مناطق فعال در مغز و همچنین تعامل بین مناطقی که به لحاظ عملکردی مرتبط هستند، را دقیقاً تخمین زد. یافته‌های آنها با استفاده از رکورد‌های بالینی ثبت شده در کلینیک مایو، در مجموع 1027 تحریک EEG و 86 تشنج ثبت‌شده از 36 بیمار، مورد بررسی قرار گرفت.

روش این تیم، به نام تکنیکfast spatio-temporal iteratively reweighted edge sparsity (FAST-IRES) ، از یادگیری ماشین برای ارزیابی عینی منابع سیگنال و فعالیت آنها استفاده می‌کند چرا که این موارد در طول زمان تغییر می‌کنند. برخلاف تکنیک‌های تصویربرداری قبلی، برای تعیین میزان منبع نیازی به الگوریتم ad hoc یا مداخله انسانی نبوده و فقط نیاز به حداقل ورودی شهودی از جانب پزشکان است.

FAST-IRES می‌تواند تأثیر شگرفی در تحقیقات و درمان انواع اختلالات عصبی و روانی مانند آلزایمر، پارکینسون، سکته مغزی، درد مزمن و حتی افسردگی داشته باشد. با این حال، این روش به‌ویژه برای کسانی که از صرع مقاوم به دارو رنج می‌برند، بلافاصله تأثیرگذار است.

تقریباً یک درصد از جمعیت جهان از صرع رنج می‌برند و تقریباً یک سوم موارد مقاوم به دارو هستند و نیاز به جراحی دارند. با این حال، تاکنون هیچ روش تصویربرداری غیر تهاجمی از ویژگی مکانی برای تعیین دقیق منطقه‌ی صرع (EZ) ،که نشان‌دهنده‌ی حداقل مقدار بافتی است که برای متوقف‌کردن تشنج باید حذف شود، برخوردار نیست.

او و همکارانش بیان داشتند: "با تجزیه و تحلیل شبکه‌های صرع با چارچوب پیشنهادیFAST-IRES ، ما نشان‌داده‌ایم که EZ را می‌توان با دقت بالا از ثبت‌های EEG با چگالی بالا از پوست سر، به صورت عینی و غیر‌تهاجمی تعیین کرد."

یافته‌های موجود در مقایسه با گرفتن سیگنال توسط ثبت‌‌های تهاجمی رایج داخل جمجمه‌ای و نتایج جراحی از هر بیمار، موثر بودن FAST-IRES را تایید کرد.

این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که اولین بار EEG با چگالی بالا برای بررسی تشنج‌های صرع استفاده شده است. فناوری تصویربرداری قدرتمندتر، با پوشش بیش از دو برابرِ الکترودهایی که عموما در یک کلینیک مورد استفاده قرار می‌گیرد، در‌حال حاضر در دسترس بیماران در کلینیک مایو قرار گرفته است. او معتقد است كه ظرف پنج سال آينده ، روش FAST-IRES بر طرز تشخیص تعدادي از اختلالات عصب شناختي تأثيرگذار خواهد بود.

منبع: www.eurekalert.org