آينده ي پژوهش پيرامون مغز

نخستين سيستم تصويربرداري يا تفكيك بالا، به نام توموگرافي محوري كامپيوتري (1)، در دهه ي 1970 پديد آمد. اين تكنولوژي مبتني بر پرتوهاي ايكس است كه براي تشخيص پزشكي، مثلاً براي تعيين موضع تومورها در مغز، به كار مي رفت و هنوز هم مي رود. در سي سال گذشته، تكنولوژي هاي تصويربرداري قدرتمندتري پديد آمده است كه مي توانند كاركردهاي شناختي متفاوت را با ساختارهاي مختلف در مغز مرتبط سازند. اين تكنيك ها، به ويژه، شامل توموگرافي گسيل پوزيترون (2) و تصويربرداري تشديد مغناطيسي (3) مي شوند. PET براي بررسي رابطه ي كاركرد و ساختار مغز، به كار مي رود و افزايش جريان خون موضعي و مصرف گلوكز كه با افزايش فعاليت نوروني مرتبط است، نيز اندازه گيري مي شود. يك ايزوتوپ راديواكتيو، مثلاً ايزوتوپ گلوكوز، در جريان خون تزريق مي شود و فوتون هاي پرانرژي كه دقيقاً در جهت معكوس از محل ايزوتوپ كسيلنده پرتاب مي شوند، با مجموعه اي از آشكارسازها كه دور سر قرار گرفته اند، آشكار مي شوند. آشكارسازها كه در جهات معكوس سر، روبه روي همديگر قرار گرفته اند، به طور همزمان، دو فوتوني را كه از يك محل به درون مغز توليد شده اند، آشكار مي سازند. با انتگرال گيري روي آشكارسازي همزمان فوتون در مجموعه، مي توان منبع ايزوتوپ را محاسبه كرد. كامپيوتر، به اين شيوه تصويري از ساختارهايي مي سازد كه ايزوتوپ را در خود دارند. در كاربردهاي ديگر PET، برچسب راديواكتيو به مولكول هايي مي چسبد كه گيرنده هاي خاص را به هم متصل مي سازند و بدين ترتيب، مثلاً، توزيع گيرنده هاي سيستم هاي انتقال دهنده ي عصبي را آشكار مي سازد.
تكنيكي حساس تر، كه شامل ردگيرهاي راديواكتيو نيست، تصويربرداري با تشديد مغناطيس يا MRI است. اين تكنيك، به اختصار، عبارت است از فرستادن ميدان مغناطيسي خارجي قوي، كه پاسخ هاي مغناطيسي گذرايي را در مغز موجب مي شود. سيگنال هاي مغناطيسي ايجاد شده براي محاسبه ي تصويرهاي دو بعدي و سه بعدي از ساختار مغز به كار مي روند. از اين تكنيك مي توان براي مطالعات ساختاري محض استفاده كرد، مانند آنچه در آزمايش بر روي رانندگان تاكسي در لندن انجام شد و نشان داد كه آنها داراي هيپوكامپي (4) بزرگ تر از حد مورد انتظار هستند. اما در جالب ترين كاربرد آزمايشي، تصاويري از مغز در حال كار ارائه مي كند. اين تكنيك، هنگامي كه براي آشكارساختن نواحي فعال مغز كه به كاركردهاي خاص مشغولند به كار مي رود، به نام MRI كاركردي يا با اختصار fMRI شناخته مي شود.
براي درك اينكه fMRI چگونه عمل مي كند و محدوديت هاي آن چيست، بايد بدانيم كه در اين شيوه مستقيماً از فعاليت الكتريكي نورون ها تصويربرداري نمي شود. بلكه نتيجه ي غيرمستقيم فعاليت آنها دنبال مي شود. هنگامي كه ناحيه اي از مغز فعالانه در حال كار است، نورون هاي بيشتري در آن ناحيه به گلوکز و اکسيژن بيشتر نياز دارند. اين نتيجه ي دو امر جالب است. نخست، به نظر مي رسد كه نورون ها فقط آنقدر انرژي ذخيره مي كنند كه براي كوچك ترين فعاليت ها كافي باشد. اگر نورون ها به مدتي كه به قدر كافي طولاني است، فعال باشند، نياز به سوخت گيري مجدد دارند تا بتوانند مولكول ذخيره ي انرژي ATP را كه براي پركردن مجدد باتري آنها لازم است، توليد كنند ( نگاه كنيد به فصل سوم ). بنابراين، ممكن است ناحيه ي فعال مغز بسيار بيش از ناحيه اي آرام، تقاضاي متابوليكي براي اكسيژن و گلوكز داشته باشد.
راه حل ساده ي اين مسئله، پمپاژ يا تلمبه كردن خون بيشتر به مغز فعال است، به همان شيوه اي كه به عضله، در زمان تمرين سخت، خون بيشتري مي رسد. اما، برخلاف عضله، كه هنگام تمرين پر و متورم مي شود، مغز با جمجمه محدود مي شود و نمي تواند خيلي زياد متورم شود. راه حل اين مسئله ي عجيب، ثابت نگه داشتن حجم كل خون در مغز و فرستادن خون، ترجيحاً، به مناطق فعال است. توانايي مويرگ هاي خوني مغز به گشاد شدن در پاسخ به سيگنال هايي كه از نورون هاي فعال نزديك مي آيند، موجب انحراف خون مي شود. گشاد شدن، مقاومت در برابر جريان خون كاهش مي دهد و بدين ترتيب، تغذيه ي خون را به ناحيه اي كه داراي فعاليت نوروني افزايش يافته است، افزايش مي دهد.
ما واقعاً مطمئن نيستيم كه مويرگ هاي خوني چگونه « مي دانند » كه نورون هاي نزديك، بيش فعال (5) هستند. اما احتمال دارد كه سيگنال گشادشدگي مويرگ خوني، گاز اكسيد نيتريك (6) باشد، زيرا NO موجب آرامش (7) سلول هاي عضله در ديواره ي مويرگ هاي خوني مي شود. تصور مي شود كه نورون هاي توليدكننده ي NO، فعاليت افزايش يافته ي نورون هاي نزديك را احساس مي كنند و با توليد NO، در همان ناحيه واكنش نشان مي دهند و بدين ترتيب، فعاليت افزايش يافته ي نوروني را با افزايش جريان خون در آن ناحيه همراه مي كنند.
در آشكارسازي نواحي افزايش جريان خون، fMRI امضاهاي مغناطيسي مختلف هموگلوبين اكسيژنه و اكسيژن زدايي شده را تشخيص مي دهد. هنگامي كه نورون ها در ناحيه اي از مغز به مدتي به قدر كافي طولاني فعال باشند، خون در مجاورت آنها از اكسيژن تهي مي شود. اين، با افزايش جريان خون اكسيژن دار به آن ناحيه دنبال مي شود؛ مغز، به طور كاملاً آشكار و موضعي، قرمز مي شود تكنيك fMRI در برابر سرخ شدگي حساس است و به طور غيرمستقيم و با قدرت تفكيك فضايي فقط چند ميلي متر مكعب، افزايش فعاليت نوروني را به آن ناحيه نسبت مي دهد. بدين طريق است كه ما اكنون نقشه ي كاركردي بسيار مفصل تري از آنچه قبلاً ممكن بود، از مغز داريم. اكنون در مورد كاركردهاي شناختي پيچيده، ادعاهاي جسورانه اي مطرح مي شود: ما در كجاي مغز چهره ها و كلمات را تشخيص مي دهيم؟ كاركردهاي اجرايي در كجا انجام مي شوند؟ خاطرات كاذب در كجا ذخيره مي شوند؟ و مانند آنها.

پي‌نوشت‌ها:

1. computed Axial Tomography ( CAT scaning )
2. Positron Emission Tomography ( PET )
3. Magnetic Resonance Imaging ( MRI )
4. hippocampus
5. hyperactive
6. Nitric Oxide ( NO )
7. relaxation

منبع مقاله :
اوشي، مايكل؛ (1390)، مغز، ترجمه: ابوالفضل حقيري، تهران: بصيرت، چاپ دوم