2023 מְחַבֵּר: Bailey Leapman | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-05-20 22:47
REHOVOT, ישראל - 27 בינואר, 2000 - גיליון כתב העת המדעי Nature Neuroscience (פברואר 2000) כולל שני מאמרים המתארים ממצאים מדעיים המבוססים על MRI פונקציונלי (fMRI) וטכנולוגיית הדמיה אופטית, שעשויים לקדם באופן ניכר את התחום של חקר המוח כמו גם טיפול בהפרעות נוירולוגיות. ההישג הוא תוצאה של מאמצי מחקר מקבילים שנעשו על ידי מדענים מאוניברסיטת מינסוטה וממכון ויצמן למדע.
חוקרי מוח בכל העולם שואפים למפות במדויק צבירי תאי עצב בפעולה, "משוחחים" עם חבריהם בצורה של דחפים חשמליים, תוך עיבוד מידע חושי או ביצוע פונקציות קוגניטיביות.
כל אשכול, המכיל אלפי תאי עצב המבצעים משימת עיבוד נתונה, נקרא "עמודת קליפת המוח". עמודות קורטיקליות הן ה"מיקרו-מעבדים" של המוח. חוקרי מוח טוענים שהיכולת להשיג מיפוי מדויק של עמודת קליפת המוח היא קריטית כדי להבין כיצד המוח האנושי יכול לבצע את הפונקציות המדהימות שלו. עם זאת, עד כה הם לא היו מסוגלים לעשות זאת ישירות, ונאלצו להסתמך על מספר שיטות עקיפות כגון פוזיטרון-פליטה-טומוגרפיה (PET), הדמיה אופטית ו-fMRI. מיפוי ורידי מוח
שיטות אלו מבוססות על הגילוי בן למעלה מ-100 שנה שעשה לורד שרינגטון על קשר בין הפעילות החשמלית של המוח לשינויים במחזור הדם. לדוגמה, PET מבוסס על הזרקת חומר רדיואקטיבי לזרם הדם ומיפוי השינויים המיקוםיים בזרימת הדם בתגובה לפעילות חשמלית במוח.
באמצעות fMRI, מדענים עוקבים אחר שינויים ברמות החמצן הקשור להמוגלובין בזרם הדם, הנובעים מהמוגלובין המספק חמצן לתאי עצב פעילים.fMRI אינו פולשני לחלוטין, ומכאן היתרון שלו על פני PET, המסתמך על הזרקת חומרי מעקב רדיואקטיביים. לכן, ניתן להשתמש ב-fMRI כדי לחקור את אותו מוח במשך שנים רבות, ובכך עשוי לאפשר לחוקרים לעקוב ולמפות עקבות זיכרון, תהליכי הזדקנות או התאוששות תפקודית מטראומה או שבץ מוחי.
עד לאחרונה, רמת דיוק המיפוי שניתנו על ידי טכניקות אלו הייתה מוגבלת למדי: הם יכלו למפות אזור פעיל במוח האנושי ברמת דיוק של 1-3 מ"מ (fMRI) או 3-7 מ"מ (PET), ולכן לא הצליחו למפות את יחידות העיבוד הבסיסיות של המוח - המיקרו-מעבדים ברוחב 0.5 מ"מ.
מיפוי מיקרו-מעבדי מוח
ב-15 השנים האחרונות, פרופ' עמירם גרינוואלד מהמחלקה לנוירוביולוגיה של מכון ויצמן פיתח גישת מיפוי מוח הדמיה אופטית חדשנית המבוססת על מעקב אחר שינויי צבע בדם המספק חמצן למיקרו-מעבדים הפעילים. באמצעות טכנולוגיה זו, גרינוואלד הצליח לזהות את הזמן והמקום המדויקים שבהם תאי עצב צורכים חמצן ממערכת המיקרו-סירקולציה הצפופה בדם.הרזולוציה הגבוהה שהושגה על ידי הדמיה אופטית אפשרה לו למפות באופן מלא עמודות קורטיקליות בודדות - המיקרו-מעבדים של המוח. אלה כללו מיקרו-מעבדים של מערכת חזותית הקשורים לצורה, צבע ותפיסת תנועה. הדמיה אופטית גם הניחה את הבסיס לפיתוח MRI פונקציונלי, המתאים יותר לחקר מוח אנושי לא פולשני ויישומים קליניים.
בתחילה, מדענים קיוו ששימוש ב-fMRI יאפשר מיפוי מוח באותה רמת דיוק שהושגה על ידי טכנולוגיית ההדמיה האופטית. ואכן, שתי השיטות מזהות "סמל פעילות" ניכר המופיע בערך 6 שניות לאחר תחילת הפעילות החשמלית. לרוע המזל, מערכות ה-fMRI לא יכלו לזהות את "הצניחה הראשונית", אות שלילי המופיע קודם לכן, הנראה בבירור על ידי מערכות הדמיה אופטיות.
דיפל ראשוני וסמלים לפעילות
עם זאת, לפני חודשיים, Ivo Vanzetta ועמירם גרינוואלד ממכון ויצמן למדע, פרסמו מאמר ב-Science שבו הציעו כיצד ניתן לשפר מאוד את הרזולוציה של מערכת fMRI.צוות של מדענים מאוניברסיטת מינסוטה, בראשות פרופ' קמיל אוגורביל, אימץ את המתכון הזה. ראשית, הם מצאו את הטבילה הראשונית החסרה עם fMRI, ובכך הראו ששתי הטכניקות יכולות לנטר את אותם אירועים כלי דם בתנאי שה-fMRI נעשה בשדה מגנטי חזק. (בדיוק כמו בהדמיה אופטית, הטבילה הראשונית מספקת אות קטן בהרבה ביחס לפסגת הפעילות המושהית. לכן, באופן טבעי, חוקרי fMRI השתמשו בעבר ב'קודקוד הפעילות' הגדול יותר כדי למפות את המיקום המדויק של הפעילות החשמלית.)
עם זאת, Dae-Shik Kim, Timothy Duong ו-Seong-Gi Kim מקבוצת מינסוטה מדווחים ב-Nature Neuroscience שלא ניתן להשתמש בסמל הפעילות הזה כדי לנטר את המיקום המדויק של פעילות חשמלית באמצעות fMRI. הממצא העיקרי בדוח שלהם הוא שהמיקום המדויק של הירי אכן מתאים למיקום הטבילה הראשונית. ניצול האות הקטן הזה אפשר את המיפוי המדויק הראשון של עמודות הכיוון - המיקרו-מעבדים האחראים על תפיסת הצורה באזורי עיבוד מוקדמים של קליפת המוח החזותית.
The Nature Neuroscience הנוכחי מכיל מאמר חדשות וצפיות שנכתב על ידי עמירם גרינוואלד, חמוטל סלובין ואיבו ונצטה ממכון ויצמן, שבו הם דנים בהישג שהושג על ידי צוות מינסוטה, ומספקים נתונים חדשים מהדמיה אופטית. ביחד, מאמרים אלו מציעים כי על ידי התמקדות בדיפ הראשוני, fMRI יאפשר מיפוי לא פולשני של עמודות קליפת המוח גם בחקר המוח האנושי.
מדענים מאמינים שהשיפור המרכזי בדיוק ה-MRI יקדם מאוד את המחקר המדעי שמטרתו להבין טוב יותר את המנגנונים הבסיסיים העומדים בבסיס התפיסה האנושית ותפקודים קוגניטיביים גבוהים יותר. בנוסף, עשויה להיות לה משמעות חשובה בשיפור היכולת לאבחון מוקדם ואולי במניעת הפרעות נפשיות מגוונות. פרופ' גרינוואלד, המחזיק בקתדרה לפרופסור לחקר המוח של הלן ונורמן אשר, הוא ראש מרכז מורי ה. ומאיר גרודצקי לחקר תפקודי מוח גבוהים ושל מרכז וולפסון למחקר מדעי יישומי בהדמיית מוח פונקציונלית בוויצמן מכון.מחקר זה נתמך על ידי הקרן הגרמנית הישראלית למחקר ופיתוח מדעי, קרן הוראס וו. גולדסמית', פיניקס, אריזונה וגב' מרגרט אנוך מניו יורק.
תמונות ומידע על הדמיה אופטית זמינים בכתובת:
מכון ויצמן למדע, ברחובות, ישראל, הוא אחד המרכזים המובילים בעולם למחקר מדעי וללימודי תואר שני. 2,500 המדענים, הסטודנטים, הטכנאים והמהנדסים שלו רודפים אחר מחקר בסיסי בחיפוש אחר ידע ושיפור האנושות. דרכים חדשות להילחם במחלות ורעב, הגנה על הסביבה וניצול מקורות אנרגיה חלופיים נמצאים בראש סדר העדיפויות בויצמן.
