روش های تصویربرداری و آزمایش بر روی مغز

شما اینجا هستید:

اولین تکنیک و مدالیته تصویربرداری مدرن با کشف اشعه ایکس توسط آقای ویلیام رونتگن در سال ۱۸۹۵ بازمی گردد. بیشتر تلاش‌های فیزیکی برای پیشبرد سیستم‌های رادیوگرافی و تصویربرداری با اشعه ایکس نظیر نمایشگرهای تشدیدکننده، مقطع نگاری، چرخاندن مجراهای آندی و ... در ۱۰ تا ۲۰ سال پس از آن رخ داد.

۱

CT اسکن

اولین روش تصویربرداری از مغز زنده، روش توموگرافی رایانه ای (computerized tomography) یا CT اسکن می باشد. در این روش رشته باریکی از اشعه ایکس از مغز (یا هر عضو دیگر) عبور می کند و توسط یک گیرنده اشعه ایکس در طرف دیگر عضو دریافت می شود.

مقدار اشعه ایکس گرفته شده توسط گیرنده اندازه گیری می شود و سپس منبع اشعه و گیرنده زاویه کمی چرخش می کنند و همین کار مجدداً تا ۱۸۰ درجه چرخش تکرار می شود. برش های متعددی از مغز با تکرار همین وضعیت گرفته می شود و رایانه با استفاده از اعداد به دست آمده، تراکم هر نقطه از مغز را در هر یک از برش ها محاسبه می کند و سپس این اعداد را تبدیل به تصویر می نماید. ابزار کلیدی در این کار، الگوریتم و نرم افزار رایانه ای است که آن را انجام می دهد.

با این روش بافت های مختلف که حتی ۱% تفاوت در جذب اشعه ایکس را داشته باشند از هم تشخیص داده می شوند و قدرت تشخیص تا ۰.۵ میلیمتر است. بافت هایی که تراکم بیشتری دارند و روشن تر دیده می شوند و برعکس، بافت های غیر متراکم (مانند مایع مغزی-نخاعی) به رنگ تیره نشان داده می شوند. همچنین می توان با تزریق ماده حاجب اشعه ایکس در رگ، اختلالات عروقی و میزان خون دار بودن بافت ها را نیز مشخص نمود. به این ترتیب، قابلیت استفاده از CT اسکن در ضایعات عصبی است که تغییرات تشریحی ایجاد کرده باشد.

۲

الکتروآنسفالوگرام (EEG (electeroencephalogram

EEG ضبط فرکانس و شدت الکتریکی مغز زنده است که معمولاً در دوره زمانی نسبتاً طولانی ثبت می شود. از طریق EEG می توان فعالیت امواج مغزی را که نشان دهنده تغییر حالت های ذهنی، مانند خواب رفتن عمیق یا خواب دیدن، است مورد مطالعه قرار داد. برای ضبط EEG، الکترود هایی در جاهای مختلف مغز در طول سطح جمجمه قرار داده می شود. آن گاه فعالیت الکتریکی مناطق زیرین مغز ضبط می شود. بنابراین اطلاعات دریافتی دقیقاً به سلول خاصی مربوط نیست. بلکه، به تغییر حالت های ذهنی در طول زمان بسیار حساس است. به طور مثال، EEG ضبط شده در حین خواب الگوی متغیری از فعالیت الکتریکی را نشان می دهد که همه مغز را در بر می گیرد. در حین خواب دیدن برعکس خواب عمیق، الگو های متفاوتی پدیدار می شود.

۳

ظرفیت های وابسته به رویداد (ERP (event-related potentials

برای مرتبط ساختن فعالیت های الکتریکی با رویداد یا تکلیف خاص (مانند دیدن تابش نور یا گوش دادن جمله ها) می توان میانگین امواج EEG در آزمایش های متعدد را برای آشکار ساختن ظرفیت های وابسته به رویداد تعیین کرد. این روش، اطلاعات بسیار خوبی درباره دوره زمانی فعالیت مغزی وابسته به تکلیف با خارج ساختن میانگین فعالیتی که تکلیف – مدار نیست، در اختیار می گذارد. اشکال امواجی که به دست می آید خصوصیات مربوط به زمان فعالیت را نشان می دهد. اما در مورد محل آن فعالیت تنها اطلاعات بسیار عمومی را نشان می دهد. از فن ERP در مطالعات گوناگون استفاده شده است. به طور مثال، در برخی از مطالعاتی که درباره هوش انجام گرفته شده است، سعی کرده اند خصوصیات معینی از ERP را با نمرات آزمون هایی هوش مرتبط سازند. علاوه بر این از دقت زمانی بسیار بالای ERP می توان برای تکمیل سایر روش ها بهره برد. برای مثال، در سال ۱۹۹۴ پوزنر و ریچل هم از ERP و هم از PET برای تعیین جاهایی از مغز که در تداعی واژه ها دخالت دارند، استفاده کردند. آنها با استفاده از ERP دریافتند که شرکت کنندگان هنگام تداعی سریع واژه های عرضه شده فعالیت بیشتری را در برخی از بخش های مغز نشان دادند.

۴

پویشگر های پت (PET (positron emission tomography

در PET اسکن، به جای اشعه ایکس که در CT اسکن استفاده می شود می توان از ایزوتوپ هایی که پوزیترون پرتاب می کنند استفاده نمود. اهمیت این نوع تصویربرداری در آن است که علاوه بر وضعیت تشریحی، وضعیت کاری مغز نیز نشان داده می شود. ماده پرتاب کننده پوزیترون در داخل رگ تزریق و توسط گردش خون به تمام قسمت های بدن از جمله مغز می رسد. در داخل مغز در فاصله کوتاهی پوزیترون پرتاب شده با یک الکترون تصادم می کند و در اثر برخورد هر دو از بین می روند. نتیجه انفجاری که بین پوزیترون و الکترون روی می دهد، فوتون اشعه گاما ایجاد می شود. این دو فوتون در خلاف جهت هم پرتاب می شوند و اگر دو گیرنده اشعه گاما در همان مسیر در زاویه ۱۸۰ درجه با هم قرار داشته باشند، دریافت آنان ثبت می شود. فاصله بین دو ایزوتوپ و محل پیدایش امواج گاما، بر حسب نوع ایزوتوپ فرق می کند و بین ۲ تا ۸ میلی متر است.اهمیت PET در تشخیص کارکرد مغز در شرایط سلامت و بیماری است.

برای بررسی کارکرد مغز، ایتدا یک مولکول مشابه گلوکز (مانند ۲- دزوکسی گلوکز) که غیر قابل متابلیزه شدن است توسط رادیوایزوتوپ نشاندار می شود. این مولکول از سد خونی-مغزی عبور می کند و وارد نورون می شود و در آنجا نوع مولکول تغییر می کند و سپس در داخل نورون می ماند و بیش از این متابلیزه نمی شود. بنابراین چنین مولکولی به عنوان یک نشانگر در مورد مقدار گردش خون موضعی در آن قسمت از مغز می تواند محسوب شود، چون هر ناحیه از مغز در هنگام کاری که مربوط به آن قسمت است، مقدار خون بیشتری دریافت میکند.

۵

(MRI (magnetic resonance imaging

MRI همانند PET برای گرفتن اطلاعات آناتومیک و کارکردی مغز استفاده می شود. اتم هایی که جرم اتمی آن ها عدد فرد باشد، دارای یک میدان مغناطیسی در طول محور چرخش خود هستند. اگر این اتم ها در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار داده شوند، طوری می چرخند که میدان مغناطیسی خودشان یا موازی میدان مغناطیسی خارجی و یا ضد موازی با آن قرار گیرد. قرار گرفتن در موازات میدان مغناطیسی احتیاج به انرژی کمتری دارد و بنابراین تعداد اتم هایی که در این جهت قرار می گیرند کمی بییشتر از آن هایی است که وضعیت ضد موازی دارند.

با یک تکانه کوتاه و مناسب امواج رادیویی، اتم هایی که در وضعیت موازی هستند انرژی کافی جذب می کنند تا بچرخند و در وضعیت ضد موازی قرار گیرند و اتم ها در حالت رزونانس قرار می گیرند. مقدار انرژی لازم بستگی به هسته اتم مورد نظر و محیط شیمیایی آن اتم دارد. هسته ها برای همیشه در حالت انژی بالا نمی مانن و پس از مدتی، به حالت انرژی پایین یا حالت استراحت می چرخند و با این چرخش از خود انرژی آزاد می کنند. شدت فرکانس همین فرکانس آزاد شده، تکانه لازم برای تصویر برداری را تشکیل می دهد.

۶

(fMRI (functional magnetic resonance imaging

نوعی تصویربرداری عصبی است که از میدان مغناطیسی برای ساختن بازنمایی تفصیلی و سه بعدی سطوح فعالیت بخش های مختلف مغز در یک زمان معین استفاده می کند. این فناوری روی MRI سوار می شود، ولی از افزایش مصرف اکسیژن برای ساختن تصاویر فعالیت مغز بهره می گیرد. ایده اصلی آن شبیه پویشگر PET است. فناوری fMRI نیازی به استفاده از ذرات رادیواکتیو ندارد. بلکه آزمودنی در حالی که در داخل دستگاه قرار می گیرد، تکلیفی را انجام می دهد. این دستگاه، میدان مغناطیسی ایجاد می کند که موجب تغییراتی در ذرات اتم اکسیژن می شود.