fMRI می تواند بگوید کدام نورون ها در انسان اول به خواب می روند
به گزارش سیناپرس، در دهه های گذشته، علم به ما آموخته است که مغز پستانداران همیشه کاملاً بیدار یا خواب نیست. دلفین‌ها می‌توانند با یک نیمکره در خواب شنا کنند، در حالی که نیمکره دیگر هوشیار است، و برخی از نورون‌های موش‌های کم خواب می‌توانند در حالی که حیوانات هنوز بیدار هستند، خاموش شوند. در انسان، این به اصطلاح «خواب موضعی»، که در آن جمعیت‌های عصبی خاص در حالی که بقیه مغز بیدار هستند چرت می‌زنند، برای مطالعه چالش‌برانگیزتر بوده است، زیرا روش‌های تهاجمی مورد استفاده برای ردیابی آن در پستانداران دیگر روی انسان ها قابل استفاده نیست.
به نظر می رسد مطالعه جدیدی که در 21 جولای در PNAS منتشر شد، بر این چالش غلبه کرده است. این تیم با نقشه‌برداری همزمان سیگنال‌های مغز انسان که با دو روش مختلف اندازه‌گیری می‌شوند (یکی با وضوح زمانی خوب و دیگری با وضوح فضایی خوب)، وضعیت بیداری یا خواب جمعیت‌های عصبی را در سطح محلی مشخص کردند. این دستاورد این امکان را به وجود آورد که مشخص شود کدام نواحی مغز اولین مناطقی هستند که به خواب می روند و کدام نواحی اول از خواب بیدار می شوند و کارشناسان می گویند که نویدبخش ابزار ارزشمندی برای مطالعه خواب در انسان است.
به طور سنتی، خواب در انسان با استفاده از الکتروانسفالوگرافی (EEG)، که فعالیت الکتریکی مغز را از طریق الکترودهایی که روی پوست سر قرار می‌گیرد، اندازه‌گیری می‌کند، مورد مطالعه قرار گرفته است. چن سونگ، محقق مغز در دانشگاه کاردیف که در دوره پسا دکتری در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون در مطالعه جدید شرکت داشت، توضیح می‌دهد که EEG در اندازه‌گیری تغییرات سریع خوب است، اما وضوح فضایی بسیار ضعیفی دارد. بنابراین، اگرچه دانشمندان در مورد سیگنال‌های خواب از EEG چیزهای زیادی یاد گرفته‌اند، این تکنیک اطلاعات کمی در مورد خواب موضعی به ما می‌دهد.
سانگ و همکارانش تصمیم گرفتند EEG را با یک تکنیک مکمل، تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) جفت کنند، که جریان خون در مغز را به عنوان نماینده ای برای فعالیت عصبی اندازه گیری می کند. سانگ توضیح می‌دهد که برخلاف EEG، fMRI در اندازه‌گیری تغییرات کوتاه و سریع خوب نیست، اما می‌تواند فعالیت مغز را با وضوح یک میلی‌متر مکعب تشخیص دهد. این تیم تصمیم گرفت بررسی کند که آیا سیگنال‌های عصبی معمول خواب (امواج آهسته و انفجار نوسانات معروف به دوک‌های خواب) که اغلب در اندازه‌گیری‌های EEG یافت می‌شوند، می‌توانند با الگوهای ارائه شده توسط fMRI منعکس شوند یا خیر.
این تیم با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده برای یکی از مطالعات قبلی خود، فعالیت مغز 36 نفر را که با پوشیدن کلاه EEG داخل اسکنر fMRI به مدت یک ساعت به خواب رفته بودند، تجزیه و تحلیل کردند. سانگ و همکارانش با مشاهده نوسانات فعالیت جریان خون و مقایسه آن با داده های EEG دریافتند که الگوهای امواج الکتریکی خواب معمولی با پاسخ های اکسیژن خون ثبت شده توسط fMRI منعکس می شود.
محققان همچنین دریافتند که این نوسانات جریان خون دارای الگوهای فضایی و زمانی مشخصی در سراسر مغز هستند که نشان می‌دهد برخی از مناطق زودتر از سایرین به حالت خواب می‌روند. به عنوان مثال، در تجزیه و تحلیل آنها، تالاموس اولین منطقه ای بود که الگوهای جریان خون مرتبط با خواب را نشان داد، یافته ای که با کار قبلی بر اساس داده های EEG که گزارش می داد این منطقه ممکن است زودتر از سایر مناطق در طول انتقال به خواب خاموش شود، مطابقت دارد.
آنها هنگام بیدار شدن داوطلبان هنگام اندازه گیری فعالیت مغز، یک الگوی مکانی-زمانی جداگانه پیدا کردند. برای مثال، نواحی قشر پیشانی مغز ممکن است جزو اولین مناطقی باشند که بیدار می شوند. سانگ می‌گوید: این با آنچه محققان قبلاً بر اساس تحقیقات حیوانی و عمدتاً بر اساس استدلال نظری فکر می‌کردند متفاوت است، زیرا این مناطق با پردازش شناختی مرتبط هستند «و زمان زیادی که از خواب بیدار می‌شوید ممکن است این احساس را داشته باشید که نمی‌توانید اصلاً تمرکز کنید. با این حال، سونگ اذعان می‌کند که خوابیدن در داخل اسکن fMRI بسیار غیرطبیعی است، و ممکن است افراد خواب سبک‌تری را تجربه کنند و این مشاهدات را در پی داشته باشد.
کتی چانگ، مهندس برق دانشگاه واندربیلت، که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید: این مطالعه چشم‌انداز جدیدی را برای مطالعه مغز در سطح محلی ارائه می‌کند، و روش‌هایی که نویسندگان استفاده کردند می‌تواند به تصویری کامل‌تر از این موضوع کمک کند. وقتی به خواب می رویم در مغز چه اتفاقی می افتد.
نظارت بر خواب موضعی با استفاده از fMRI نیز می تواند در بهبود درک ما از اختلالات خواب ارزشمند باشد. چانگ می‌گوید برای مثال، محققان می‌توانند از داوطلبان سالمی که در به خواب رفتن مشکلی ندارند در مقابل افرادی که ممکن است مشکل خواب داشته باشند بپرسند چگونه است. و سونگ پیشنهاد می‌کند که این تکنیک به‌ویژه برای درک اینکه آیا خواب موضعی و بیداری موضعی در انسان کارکردی دارد یا خیر، مفید باشد، زیرا در حال حاضر ما چیزی در مورد آن نمی‌دانیم.
منبع: the-scientist.com
مترجم: سید سپهر ارومیهء
