روشهای ثبت فعالیت مغزی

سیگنالهای منعکس کننده فعالیت مغزی

فعالیت مغزی شامل سه نوع فرایند است: الکتریکی، شیمیایی و متابولیکی. شناخته شده ترین این سه فرایند، فعالیت الکترومغناطیسی است که منجر به ایجاد پتانسیل عمل در نورون می شود، که خود این فعالیت  نتیجه رویدادهای شیمیایی در داخل و اطراف نورون است. پتانسیل عمل و سایر پدیده‌های الکتریکی باعث میشوند تا فعالیت الکتریکی مغز توسط روشهایی از قبیل الکتروانسفالوگرافی(EEG)، مگنتوانسفالوگرافی(MEG) و الکتروکورتیکوگرافی (ECoG) و یا با استفاده از میکروالکترودهای کاشته شده در بافت مغز ثبت شود. هرچند، این روشها دارای معایبی هستند، سنسورهای EEG و MEG در فاصله دورتری از نورونها قرار دارند، در نتیجه سیگنال های ثبت شده توسط این سنسورها شناسایی دقیق سطوح فعال مغز امکان پذیر نیست. علاوه براین، از آنجا که جهت گیری نورونها نسبت سنسورها، اندازه گیریها را به شدت تحت تاثیر قرار میدهد، برخی از مناطق مغزی توسط این سنسورها کمتر قابل مشاهده است. الکترودهایی که به طور مستقیم در روی قشر مغزی و یا داخل قشر مغزی قرار میگیرند، فعالیت موقعیت محلی خودشان را ثبت می کنند و تنها فعالیت منطقه محدودی را ثبت می کنند. بنابراین، روشهای مبتنی بر فعالیت الکتریکی نورونها محدودیتهای ذاتی مهمی دارند. فعالیت مغز را میتوان توسط اندازه گیری فرایندهای شیمیایی نیز ثبت کرد، اما روشهایی که این اندازه گیریها را در مغز انسان انجام میدهند(مانند PET) هنوز خیلی پیشرفته نیستند و جای کار دارند. در این روشها برخی نشانگرهای خاصی به داخل بدن انسان تزریق می شود که این روشها رزولوشن زمانی ضعیفی دارند.

با توجه به محدودیتهای روشهای الکتریکی و شیمیایی، اخیرا تلاشهایی زیادی در اندازه گیری فرایندهای متابولیکی جهت مطالعه فعالیت مغزی انجام شده است. ما در این مطالعه، روشهای ثبت فرایند متابولیکی مغز را توضیح خواهیم داد.

فرایند متابولیکی شامل مصرف انرژی است. زمانی که نورنها فعالیتشان را زیاد می کنند، به عبارت دیگر وقت نرخ فایرنینگ نورونها زیاد می شود، انرژی زیادی مصرف می کنند، این انرژی توسط واکنشهای شیمیایی در داخل و اطراف نورونها تامین می شود. فعالیت متابولیسم افزایش یافته، تقاضا برای سوخت های اولیه (گلوکز (قند) و اکسیژن)جهت سوخت و ساز بدن را افزایش می دهد. به خاطر اینکه افزایش تقاضا با افزایش جریان خون در این مناطق همراه است، می توان این تغییرات را تشخیص داد. از آنجایی که جریان خون در مغز به شدت کنترل شده و به صورت محلی تنظیم شده است، نقش نشانگر(Marker) برای فعالیت های نورونی را بازی می کند. در جلسه بعد توضیح خواهیم داد که چگونه سیگنالهایی که نشان دهنده افزایش جریان خون در مغز هستند( که با اسم پاسخ دینامیکی شناخته می شود، را میتوان آشکار کرد و برای ساخت تصاویر مغزی با جزئیات دقیق استفاده کرد و  این تصاویر فعالیت مغزی فرد را نشان دهند.