إطار جديد لرسم خرائط الدماغ يتتبع تدفق المعلومات أثناء الألم ومشاهدة الأفلام

طريقة جديدة لتتبع المعلومات عبر الدماغ

نادراً ما يقتصر نشاط الدماغ على موقع واحد. فهو ينتقل عبر شبكات موزعة، وهي مجموعات من المناطق المترابطة التي تتعاون لإنتاج سلوكيات ومشاعر وأفكار معينة. غير أن رسم خرائط هذا التدفق ظل مشكلة تقنية عصية. وقد قدّم فريق بحثي مقره معهد العلوم الأساسية في كوريا الجنوبية، بالتعاون مع جامعة سونغكيونكوان ومؤسسات أخرى، إطاراً لتحليل التصوير العصبي مصمماً لتقدير ليس فقط متى تكون المناطق نشطة معاً، بل أيضاً كيف يؤثر النشاط في منطقة ما على النشاط في منطقة أخرى. وتُوصف هذه الطريقة، المسماة الاتصال الفعّال المتكامل (iEC)، في ورقة بحثية محكّمة نُشرت في مجلة Nature Neuroscience.

الفجوة التي يتركها التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي مفتوحة

يعتمد الكثير من علم الأعصاب البشري الحديث على التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI)، وهي تقنية غير باضعة تقيس تغيرات الأكسجين في الدم المرتبطة بشكل غير مباشر بالنشاط العصبي. الإشارة مفيدة، لكنها غير مباشرة أيضاً. وعادةً ما تستخلص خطوط التحليل التقليدية علاقات إحصائية بين نشاط مناطق الدماغ المختلفة، واصفةً المناطق التي تميل إلى الارتفاع والانخفاض معاً. وتلتقط تلك العلاقات الارتباط. لكنها لا تحدد أي منطقة تؤثر في أي منطقة أخرى. وقد طُوّر إطار iEC لمعالجة هذا القصور تحديداً، إذ يوفر طريقة لتقدير التأثير الاتجاهي بين المناطق بدلاً من مجرد التنشيط المشترك.

لماذا يهم الاتجاه

تخبرك خريطة الارتباط من يتحدث، لكنها لا تخبرك من يخاطب من. ومن الناحية العملية، يُعد التمييز بين الإشارات التي تتحرك إلى الداخل من المناطق الحسية والإشارات التي تُنقل مرة أخرى إلى الخارج أمراً محورياً لفهم حالات مثل الألم، التي يتحول فيها الانتباه نحو الجسد نفسه. وبدون معلومات اتجاهية، يستطيع الباحثون وصف أعضاء الشبكة لكن ليس نمط التدفق الذي يربط بينها.

داخل إطار iEC

تعرض ورقة الفريق مقاربة لتقدير تسلسل هرمي لتدفق الإشارات في الدماغ البشري. ومن مخرجاتها طريقة تخطيطية لحساب ذلك التسلسل الهرمي، مقترنة بخريطة تُظهر تسلسل تدفق الإشارات الناتج في الدماغ أثناء الراحة. ووفقاً للأشكال المنشورة، يكشف الإطار بنية مميزة في كيفية ترتيب الإشارات عبر مستويات الدماغ.

وبناءً على ذلك المرجع، استخلص الباحثون خرائط تسلسل هرمي وظيفي لثلاث حالات متميزة: مشاهدة الأفلام، والراحة، والألم المستمر. كما تتبعوا التغيرات المعتمدة على الحالة في مستويات التسلسل الهرمي، وصنّفوا النتائج لمقارنة كيفية تحوّل ترتيب تدفق الإشارات من حالة إلى أخرى. وتشكّل هذه المقارنات الجوهر التجريبي للورقة.

• التقدير الاتجاهي: تجاوز التنشيط المشترك للسؤال عن كيفية تأثير النشاط في منطقة ما على النشاط في منطقة أخرى.
• خريطة مرجعية: تسلسل هرمي لتدفق الإشارات في الدماغ أثناء الراحة.
• مقارنات الحالات: خرائط التسلسل الهرمي لمشاهدة الأفلام والراحة والألم المستمر.
• التحولات المعتمدة على الحالة: تتبع كيفية تغير مستويات التسلسل الهرمي أثناء انتقال الدماغ بين الحالات.

الأفلام والراحة والألم: ثلاث رؤى لدماغ واحد

الحالات الثلاث التي قارنها الفريق ليست اعتباطية. فمشاهدة فيلم تُشرك مشاهد وأصواتاً خارجية، وتدفع المعالجة نحو الخارج باتجاه البيئة. أما الراحة فتوفر خطاً أساسياً لا يكون فيه الدماغ مدفوعاً بقوة بمهمة خارجية ولا مركزاً على إحساس جسدي بارز. وعلى النقيض، يتضمن الألم المستمر انزعاجاً متواصلاً يُبقي الانتباه مثبتاً على الحالة الداخلية للجسد. ووضع خرائط التسلسل الهرمي من هذه الحالات جنباً إلى جنب يتيح للباحثين السؤال عما إذا كان تدفق الإشارات في الدماغ يُعاد تنظيمه عندما ينتقل الانتباه من العالم الخارجي إلى الجسد الداخلي.

كان الإجابة عن ذلك السؤال صعبة بالأدوات التقليدية. وكما يوضح المؤلفان المشاركان الأولان للورقة، ينتقل الدماغ باستمرار بين الحالات، وظلّت الكيفية التي تتدفق بها المعلومات العصبية ديناميكياً عبر التسلسل الهرمي للدماغ خلال تلك الحالات غير مفهومة جيداً. وكان اهتمامهما الدافع هو ما إذا كان ذلك التسلسل الهرمي يتغير عندما ينتقل الدماغ بين معالجة البيئة الخارجية ومراقبة الحالة الداخلية للجسد.

لماذا يُعد الألم حالة اختبار كاشفة

الألم اختبار إجهاد مفيد لإطار يهتم بالاتجاه والتسلسل الهرمي. فبخلاف الإحساس الحاد العابر، يستمر الألم المستمر، ما يتطلب من الدماغ الحفاظ على تمثيل داخلي بمرور الوقت بينما تستمر المطالب المتنافسة. وإذا أُعيد تنظيم تسلسل التدفق الهرمي خلال هذه الحالة، فإن ذلك يدعم فكرة أن الدماغ يخصص موارده التواصلية بشكل مختلف حسب ما إذا كان يستشعر العالم أو يستشعر نفسه. وقد صُممت مقارنات الحالات في الورقة لإظهار هذا النوع من إعادة التشكيل تحديداً.

التحفظات والأسئلة المفتوحة

الاتصال الفعّال استنتاج وليس قياساً مباشراً، وأي إطار يقدّر التأثير من إشارات الأكسجين في الدم غير المباشرة يحمل افتراضات سيستمر الباحثون في تدقيقها. وتغطي الخرائط المنشورة مجموعة محددة من الحالات: الراحة، ومشاهدة الأفلام، والألم المستمر. أما ما إذا كان iEC يعمم على مهام أخرى، أو حالات حسية وعاطفية أخرى، أو فئات سريرية، فيبقى سؤالاً مفتوحاً. وقد مرّت المقالة نفسها بالفحوص التحريرية المعتادة، بما في ذلك التحقق من الحقائق ومراجعة الأقران، وتولى فريق تحرير المجلة التعامل معها.

الصورة الأكبر

بالنسبة لمجال أمضى عقوداً في فهرسة المناطق التي تنشط معاً، تمثل طريقة تحاول وصف الاتجاه والتسلسل الهرمي خطوة ذات مغزى. وإطار iEC يهم أقل من أجل أي خريطة منفردة وأكثر من أجل المقارنات التي يتيحها، إذ يسمح للباحثين بمقابلة حالة دماغية بأخرى والسؤال عما تغير في مسار المعلومات وليس فقط في شدة النشاط. وإذا صمدت المقاربة أمام مزيد من الاختبار، فقد تمنح علماء الأعصاب لغة مشتركة لوصف حالات الدماغ، لغة لا يكون فيها الألم مجرد بقعة مضيئة على صورة مسحية بل إعادة تنظيم للمسارات التي يتواصل بها الدماغ مع نفسه.

تستند هذه المقالة إلى تقرير نشرته Medical Xpress. اقرأ المقال الأصلي.