ضبط های نادر قبل و بعد از عمل نشان می دهد که پس از از دست دادن یک هاب مغز چه اتفاقی می افتد

تیمی از دانشمندان علوم اعصاب بین‌المللی به رهبری دانشگاه آیووا اولین ضبط مستقیم مغز انسان را در دقایقی قبل و بعد از قطع شدن یک مرکز مغزی که برای معنای زبانی حیاتی است به دست آورده‌اند. نتایج نشان می دهد که هاب های مغز در شبکه های عصبی و روش قابل توجهی که در آن مغز انسان تلاش می کند تا زمانی که یک هاب از بین می رود، با فوریتی که قبلاً مشاهده نشده بود، جبران کند.

هاب ها همه جا هستند. توپی چرخ دوچرخه، با پره هایی که از مرکز به بیرون پرتاب می شوند، از فرو ریختن چرخ هنگام دوچرخه سواری جلوگیری می کند. مراکز فرودگاهی شهرهای سراسر جهان را به هم متصل می کنند. و مراکز اجتماعی مانند کافی شاپ ها یا شبکه های اجتماعی آنلاین مکان هایی هستند که مردم برای تعامل جمع می شوند.

مغز انسان نیز دارای هاب است – محل تلاقی بسیاری از مسیرهای عصبی که به هماهنگ کردن فعالیت مغزی مورد نیاز برای عملکردهای پیچیده مانند درک و پاسخ به گفتار کمک می کند. با این حال، اینکه آیا هاب های مغزی بسیار به هم پیوسته برای عملکردهای خاص مغز غیر قابل جایگزینی هستند یا خیر بحث برانگیز بوده است.

بر اساس برخی اظهارات، مغز، به عنوان یک شبکه عصبی بسیار به هم پیوسته، در اصل می‌تواند فوراً از دست دادن یک هاب را جبران کند، به همان روشی که ترافیک می‌تواند به اطراف مرکز شهر مسدود شده هدایت شود.

با یک فرصت آزمایشی نادر، تیم‌های جراحی مغز و اعصاب و تحقیقات UI به رهبری متیو هوارد سوم، MD، پروفسور و مدیر ارشد جراحی مغز و اعصاب، و کریستوفر پتکوف، دکترای دکترا، استاد و معاون تحقیقات در جراحی مغز و اعصاب، به پیشرفتی در درک دست یافته‌اند. ضرورت وجود یک هاب واحد

با به دست آوردن شواهدی مبنی بر اینکه وقتی یک هاب مورد نیاز برای معنای زبان از بین می رود، چه اتفاقی می افتد، محققان هم اهمیت ذاتی هاب و هم توانایی قابل توجه و سریع مغز برای سازگاری و حداقل تا حدی تلاش برای جبران فوری از دست دادن آن را نشان دادند. . این یافته ها اخیراً در مجله گزارش شده است ارتباطات طبیعت.

ارزیابی تاثیر از دست دادن هاب مغزی

این مطالعه در طی درمان جراحی دو بیمار مبتلا به صرع انجام شد. هر دو بیمار تحت عمل‌هایی قرار می‌گرفتند که نیاز به برداشتن لوب تمپورال قدامی – یک مرکز مغز برای معنی زبان – داشت تا جراحان مغز و اعصاب به ناحیه عمیق‌تری از مغز دسترسی داشته باشند که باعث تشنج‌های صرعی ناتوان‌کننده بیماران می‌شد.

قبل از این نوع جراحی، تیم‌های جراحی مغز و اعصاب اغلب از بیماران می‌خواهند که وظایف گفتاری و زبانی را در اتاق عمل انجام دهند، زیرا تیم از الکترودهای کاشته‌شده برای ثبت فعالیت‌های بخش‌هایی از مغز نزدیک و دورتر از ناحیه جراحی برنامه‌ریزی‌شده استفاده می‌کند. این ضبط‌ها به تیم بالینی کمک می‌کند تا به طور موثر تشنج‌ها را درمان کنند و در عین حال تأثیر جراحی را بر توانایی‌های گفتاری و زبانی بیمار محدود می‌کنند.

به طور معمول، الکترودهای ضبط پس از عمل جراحی برداشتن مورد نیاز نیستند و برداشته می شوند. نوآوری در این مطالعه این بود که تیم جراحی مغز و اعصاب توانستند به طور ایمن عمل را با الکترودهای ضبط که در جای خود باقی مانده یا پس از عمل در همان مکان جایگزین کرده اند، تکمیل کنند.

این امر امکان به دست آوردن ضبط‌های نادر قبل و بعد از عمل را فراهم می‌آورد که به محققان امکان می‌دهد سیگنال‌های نواحی مغز دور از هاب، از جمله نواحی گفتاری و زبانی دور از محل جراحی را ارزیابی کنند. تجزیه و تحلیل تغییر در پاسخ به صداهای گفتار قبل و بعد از از دست دادن هاب، اختلال سریع سیگنالینگ و جبران جزئی متعاقب آن شبکه وسیع‌تر مغز را نشان داد.

پتکوف می‌گوید: «تأثیر سریع بر روی نواحی پردازش گفتار و زبان که به خوبی از محل درمان جراحی برداشته شده بود، شگفت‌انگیز بود، اما آنچه شگفت‌انگیزتر بود این بود که چگونه مغز برای جبران کار می‌کرد، هرچند به طور ناقص در این بازه زمانی کوتاه.» یک قرار ملاقات در دانشکده پزشکی دانشگاه نیوکاسل در بریتانیا.

این یافته ها با نشان دادن اینکه هاب برای حفظ پردازش طبیعی مغز در زبان مهم است، نظریه هایی را که ضرورت وجود هاب های خاص مغز را به چالش می کشند، رد می کند.

هاوارد، که همچنین یکی از اعضای موسسه علوم اعصاب آیووا است، می‌گوید: «درمان جراحی مغز و اعصاب و فناوری‌های جدید به بهبود گزینه‌های درمانی ارائه‌شده برای بیماران ادامه می‌دهند. “تحقیقاتی مانند این بر اهمیت به دست آوردن و مقایسه ایمن ضبط های الکتریکی قبل و بعد از عمل، به ویژه زمانی که ممکن است یک هاب مغز تحت تاثیر قرار گیرد، تاکید می کند.”

به گفته محققان، مشاهده ماهیت تأثیر فوری بر شبکه عصبی و تلاش سریع آن برای جبران، شواهدی را در حمایت از نظریه مغز ارائه شده توسط پروفسور کارل فریستون در دانشگاه کالج لندن ارائه می‌کند که معتقد است هر سیستم خودسازماندهی در تعادل با به حداقل رساندن انرژی آزاد خود به سمت نظم کار می کند، مقاومتی از تمایل جهانی به بی نظمی.

این نتایج عصب‌بیولوژیکی پس از قطع ارتباط هاب مغز انسان با چندین پیش‌بینی از این و نظریه‌های عصبی زیست‌شناختی مرتبط مطابقت داشت، و نشان می‌داد که مغز چگونه برای به دست آوردن نظم پس از از دست دادن یکی از قطب‌های خود کار می‌کند.

علاوه بر پتکوف و هاوارد، تیم تحقیقاتی شامل محققانی در بخش‌های جراحی مغز و اعصاب، رادیولوژی، و علوم روان‌شناسی و مغز و همچنین همکارانی از دانشگاه نیوکاسل، UCL، و دانشگاه کمبریج در بریتانیا و از دانشگاه کارنگی ملون بود. ، دانشگاه ویسکانسین-مدیسون و دانشگاه گونزاگا در ایالات متحده.