.jpg)
من خلال ربط أنماط تدفق الدم بالإشارات الكهربية الحيوية في أدمغة المتطوعين النائمين ، يدرس العلماء الترتيب الذي تنام به مناطق الدماغ وتستيقظ .
في العقود الماضية ، علّمَنا العلم أن دماغ الثدييات ليس دائمًا مستيقظًا أو نائمًا تمامًا. يمكن أن تسبح الدلافين مع نوم أحد نصفي الدماغ بينما يكون النصف الآخر في حالة تأهب ، ويمكن لبعض الخلايا العصبية في الفئران المحرومة من النوم أن "تنطفئ" بينما لا تزال الحيوانات مستيقظة. في البشر ، كان هذا ما يسمى بـ "النوم المحلي" ، حيث تأخذ مجموعات عصبية معينة قيلولة بينما يكون باقي الدماغ مستيقظًا ، أكثر صعوبة في الدراسة ، نظرًا لأن الأساليب الغازية المستخدمة لتتبعه في الثدييات الأخرى لا يمكن استخدامها على الناس.
يبدو أن دراسة جديدة نُشرت في 21 يوليو في PNAS قد تغلبت على هذا التحدي . من خلال رسم خرائط لإشارات الدماغ البشري تم قياسها بطريقتين مختلفتين (إحداهما بدقة زمنية جيدة والأخرى بدقة مكانية جيدة) ، حدد الفريق حالة اليقظة أو النوم للمجموعات العصبية على المستوى المحلي . مكّن هذا الإنجاز من تحديد مناطق الدماغ التي تكون أول من ينام وأيها أول من يستيقظ ، ويقول الخبراء إنها تَعِدُ بأن تكون أداة قيمة لدراسة النوم عند البشر.
تقليديا ، تمت دراسة النوم عند البشر باستخدام تخطيط كهربية الدماغ (EEG) ، الذي يقيس النشاط الكهربائي للدماغ عبر أقطاب كهربائية موضوعة على فروة الرأس . توضح تشين سونج ، باحثة المخ في جامعة كارديف ، التي شاركت في الدراسة الجديدة عندما كانت باحثًة في مرحلة ما بعد الدكتوراة في جامعة ويسكونسن ماديسون ، أن مخطط كهربية الدماغ جيد في قياس التغيرات السريعة ، لكنه يتميز بدقة مكانية ضعيفة للغاية. وبالتالي ، على الرغم من أن العلماء تعلموا الكثير عن إشارات النوم من مخطط كهربية الدماغ ، فإن هذه التقنية لا تخبرنا كثيرًا عن النوم المحلي .
.jpg)
شخص داخل ماسح ضوئي للرنين المغناطيسي الوظيفي يرتدي غطاء مخطط كهربية الدماغ .
قررت سونج وزملاؤها إقران مخطط كهربية الدماغ بتقنية تكميلية ، وهي التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI) ، الذي يقيس تدفق الدم في الدماغ كمؤشر لنشاط الخلايا العصبية . على عكس مخطط كهربية الدماغ ، فإن التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ليس جيدًا في قياس التغيرات القصيرة والسريعة ، لكنه يمكن أن يميز نشاط الدماغ بدقة تصل إلى ملليمتر مكعب ، كما توضح سونج . قرر الفريق استكشاف ما إذا كانت الإشارات العصبية النموذجية للنوم (الموجات البطيئة وانفجارات الاهتزازات المعروفة باسم مغازل النوم) الموجودة غالبًا في قياسات مخطط كهربية الدماغ يمكن عكسها من خلال الأنماط التي يوفرها التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.
باستخدام البيانات التي تم جمعها لإحدى دراساتهم السابقة ، قام الفريق بتحليل نشاط الدماغ لـ 36 شخصًا دخلوا في حالة نوم وهم يرتدون قبعة EEG داخل ماسح الرنين المغناطيسي الوظيفي لمدة ساعة واحدة . من خلال النظر إلى تذبذبات نشاط تدفق الدم ومقارنتها ببيانات مخطط كهربية الدماغ ، وجدت سونج وزملاؤها أن أنماط الموجات الكهربائية النموذجية للنوم تنعكس من خلال استجابات الأكسجين في الدم التي سجلها التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي .
وجد الباحثون كذلك أن تذبذبات تدفق الدم هذه لها أنماط زمانية مكانية مميزة عبر الدماغ ، مما يشير إلى أن بعض المناطق تدخل حالة النوم في وقت أبكر من غيرها عندما ننجرف. على سبيل المثال ، في تحليلهم ، كان المهاد(thalamus) هو المنطقة الأولى التي تظهر أنماط تدفق الدم المرتبطة بالنوم ، وهو اكتشاف يتوافق مع العمل السابق استنادًا إلى بيانات EEG التي تشير إلى أن هذه المنطقة قد تغلق في وقت أبكر من المناطق الأخرى أثناء الانتقال إلى النوم .
عندما استيقظ المتطوعون وجدوا نمطًا زمانيًا مكانيًا منفصلاً عند قياس نشاط الدماغ . على سبيل المثال ، قد تكون المناطق القشرية الأمامية للدماغ من بين أول من يستيقظ . تقول سونج إن هذا يختلف عما اعتقده الباحثون سابقًا استنادًا جزئيًا إلى أبحاث الحيوانات ولكن في الغالب على التفكير النظري ، حيث ترتبط هذه المناطق بالمعالجة المعرفية "وفي كثير من الوقت عندما تستيقظ قد تشعر أنك لا تستطيع التركيز على الإطلاق ". ومع ذلك ، تقر سونغ بأن النوم داخل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي "أمر غير طبيعي للغاية" ، ومن الممكن أن يشعر الناس بنوم خفيف ، مما يؤدي إلى هذه الملاحظات .
تقدم هذه الدراسة "منظورًا جديدًا" لدراسة الدماغ على المستوى المحلي ، كما تقول المهندسة الكهربائية بجامعة فاندربيلت كاتي تشانغ ، التي لم تشارك في هذه الدراسة ، والطرق التي استخدمها المؤلفون يمكن أن تساعد في "تجميع صورة أكثر اكتمالاً" عن ماذا يحدث في الدماغ عندما ننام .
يمكن أن تكون مراقبة النوم المحلي باستخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي مفيدة أيضًا في تحسين فهمنا لاضطرابات النوم . على سبيل المثال ، يمكن للباحثين البدء في التساؤل عن شكل المتطوعين الأصحاء الذين "ليس لديهم مشكلة في النوم مقابل الأشخاص الذين قد يجدون صعوبة في النوم" ، كما تقول تشانغ . وتقترح سونغ أن هذه التقنية يمكن أن تكون مفيدة بشكل خاص في فهم ما إذا كان للنوم المحلي ولليقظة المحلية أي وظيفة في البشر ، لأننا حاليًا "لا نعرف شيئًا عن ذلك" .
المصدر: