روش نوین تعیین ارتباط اتصالات مغزی با تغییرات بین گروهی

به گزارش روز دوشنبه دانشگاه صنعتی امیرکبیر، فرزانه کیوان ‌فرد دانش آموخته این دانشگاه مجری طرح «تصویر برداری MRI برای بررسی ارتباط ساختار و کارکرد مغز و آنالیز توأم آنها» گفت: شناخت هرچه بیشتر مغز می‌تواند به درک ما از ارتباط میان بخشهای مختلف مغز کمک کند و در نتیجه آن می‌توان به دنبال تعیین علل بروز بیماری‌ها و یا نتایجی بود که در اثر آن بیماری مغزی به وجود می‌آید.

وی افزود: میان بخش‌های مختلف مغز دو گروه کلی اتصال وجود دارد که نوع اول آن، اتصالاتی است که به صورت فیزیکی دو ناحیه را به هم وصل کرده است؛ در واقع اتصالات آناتومیکی مغز است که به صورت فیبرها و یا رشته‌های عصبی میان نواحی مختلف وجود دارد.

وی ادامه داد: نوع دیگر اتصالات مغزی، از نوع کارکردی است؛ به این مفهوم که برای یک فعالیت خاص در انسان، دو یا چند ناحیه از مغز باهم درگیر می‌شوند و به عبارتی فعالیت همزمان در آن‌ها دیده می‌شود، هرچند که شاید از نظر فیزیکی به هم اتصالی نداشته باشند. مطالعات بسیاری تاکنون در زمینه ارتباط میان این دو نوع اتصالات مغزی انجام شده است که در اکثر آن‌ها، فرضیه مشخصی برای این ارتباط میان افراد مختلف در نظر گرفته شده و سپس صحت آن مورد بررسی قرار گرفته است.

به گفته این محقق، با وجود کارآمدی روش مذکور در پژوهش‌های گوناگون، به دلیل وجود پیش فرض، اطلاعاتی که در فرضیه اول موجود نبوده است، کشف نمی‌شود؛ به همین دلیل در این پروژه به دنبال روشی برای بررسی ارتباط میان اتصالات ساختاری و کارکردی مغز با تغییراتی که در افراد وجود دارد بودیم که بدون نیاز به فرضیه و به صورت کاملا کور (Blind) این کار را انجام دهد.

وی با بیان اینکه در این پروژه، یک الگوریتم سیستماتیک و به دور از هرگونه فرضیه‌ای برای تعیین تفاوت‌های گروهی (مانند راست/ چپ دست بودن) به صورت توام بر روی اتصالات ساختاری و کارکردی مغز پیشنهاد کردیم، بیان کرد: این پژوهش، شروعی تازه برای روند تعیین ارتباط میان تغییرات بین گروهی با مغز افراد است که راهی نو را در این مسیر باز می‌کند.

دانش اموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر خاطر نشان کرد: یکی از موارد اهمیت این پژوهش این است که رویکرد پیشنهادی می‌تواند فرضیه ساز باشد، بدین مفهوم که بر اساس نتایجی (مولفه‌ها) که بدست می‌آید، فرضیه‌هایی ایجاد خواهد شد که یک ویژگی فردی خاصی را به نواحی مشخصی از مغز مرتبط می‌کند و مطالعات دیگری برای بررسی فرضیه مطرح شده، انجام خواهد شد.

وی ادامه داد: همین امر زمینه بررسی مناطق درگیر در بیماری‌ها را نیز فراهم می‌کند که در مورد زیرشبکه‌های ساختاری مغز با توجه به کند بودن تغییرات آن، این موضوع اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. در واقع به کمک این رویکرد، پس از تشخیص تغییرات زیرشبکه‌های مغزی در بیماری‌های مختلف، می‌توان بروز بیماری در افراد دیگر را پیش‌بینی کرد.

وی با اشاره به روند کار این پروژه گفت: روش کار با ثبت تصاویر مغزی با دستگاه MRI به دو صورت تصاویر ساختاری و کارکردی شروع شد و به دنبال آن پردازش و آنالیز تصاویر انجام گرفت. کیوان فرد ادامه داد: الگوریتم‌های ریاضی گوناگونی در ادامه راه برای تعیین نوع ارتباط میان این دو نوع تصاویر انجام شدکه نهایتا نتایج این رویکرد منجر به شناخت ارتباط میان بخشی از قشر حرکتی (در اتصالات کارکردی) با بُروکا (اتصالات ساختاری) شد که این نتیجه بدون هیچگونه فرضیه‌ای بدست آمده است.

وی تاکید کرد: در پژوهش‌های پیشین نشان داده شده است که این دو ناحیه با چپ دست یا راست دست بودن افراد ارتباط دارد. با توجه به تفاوت معنی‌داری که اتصالات مغزی در بخش قشر حرکتی نشان دادند، یافته این پژوهش هم‌راستا با نتایج مطالعات قبل است با این تفاوت مهم که بدون ورود هرگونه فرضیه‌ای بدست آمده است. وی افزود: مشکلات در اخذ داده، هزینه‌های آن و هماهنگی با افراد مختلف برای تصویربرداری و همچنین نبود پردازنده‌های قوی برای برنامه نویسی در این پروژه وجود داشت که مسیر پژوهش را با سختی‌های بسیاری همراه کرده بود.

وی با اشاره به کاربرد این طرح گفت: کاربرد نتایج این تحقیق و روش ارائه شده در زمینه دانش علوم اعصاب و علوم شناختی است. وی ادامه داد: نوآوری این کار در زمینه ارائه یک الگوریتم سیستماتیک برای تعیین تفاوت‌های گروهی به صورت توام بر روی اتصالات ساختاری و کارکردی مغز بدون داشتن هرگونه پیش فرض در روش انجام کار بوده است. همچنین صحت نتایج حاصل از این الگوریتم نیز بر اساس مطالعات پیشین کاملا مورد تایید قرار گرفت که اعتبار این روش را تصدیق می‌کند.

وی افزود: ادامه این کار بررسی این مطالعه بر روی تفاوت ‌های گروهی مختلف مانند تفاوت‌های عاطفی، ادراکی، رفتاری و همچنین بیماری‌های مغزی خواهد بود. همانگونه که پیش‌تر توضیح داده شد با استفاده از این رویکرد می‌توان تغییرات اتصالات ساختاری و کارکردی مغز را در دو گروه افراد سالم و بیمار بدست آورد و پس از آن به مطالعه تاثیر این بیماری خاص بر روی نواحی مغزی بدست آمده پرداخت.

وی با اشاره به ویژگی‌های طرح گفت:مزیت اصلی این طرح در مقایسه با سایر مطالعات پیشین، روش نوین پیشنهادی در مطالعه ارتباط میان تفاوت‌های گروهی و اتصالات مغزی به صورت کور است. وی تاکید کرد: این پژوهش، شروعی تازه برای روند تعیین ارتباط میان تغییرات بین فردی با مغز افراد است و راهی نو را در این مسیر باز کرده است. از این طریق می‌توان به مطالعه تفاوت‌های گروهی و حتی فردی و اثر آن در مغز افراد مختلف پرداخت و در نتیجه آن به شناخت بیشتر مغز رسید. این تصویر یکی از شبکه های ساختاری و کاکردی مغز را در دو نوع. (a) کارکردی، (b) ساختاری نشان می‌دهد که به ترتیب با بخش حرکتی و ناحیه بروکا در ارتباط است.

فرزانه کیوان ‌فرد مجری طرح و استاد راهنمای این پروژه دکتر عباس نصیرائی مقدم عضو هیات علمی دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و استاد مشاور دکتر پاتریک هگمن از لوزان- سوئیس بودند.