Yeni ultra hızlı fMRI tekniği, beyin stimülasyonunu bilgilendirmeye yardımcı olabilir

Derin beyin stimülasyonu (DBS) gibi beyin stimülasyonu, nörolojik ve psikiyatrik bozuklukları tedavi etmenin güçlü bir yoludur. On yıldan fazla bir süredir Parkinson, Alzheimer ve bağımlılık hastalarına terapötik fayda sağlasa da, altında yatan nöral mekanizma henüz tam olarak anlaşılamamıştır.

Queensland Beyin Enstitüsündeki (QBI) araştırmacılar, bu mekanizmayı daha iyi anlamak ve potansiyel olarak DBS sonuçlarını tahmin etmek için beyin aktivitesinin gizemini çözmeye artık bir adım daha yaklaştılar.

Beyin, geniş kapsamlı bağlantılarla hiyerarşik olarak düzenlenmiş oldukça karmaşık bir devreler ağıdır. Bağlantılar farklı yönlerde ileri ve geri gider ve nöronlar arasında uyarıcı (bir tepkinin hızlandırıcıları) veya engelleyici (yanıtı değiştiren frenler) vardır.

Doçent Kai-Hsiang Chuang, “Elinizi hareket ettirmek istediğinizi varsayalım – bu sinyal bir kez başlatıldığında, takip eden aktivitenin beynin sinir ağlarına bağlı olmasını bekliyoruz” dedi.

“Tam olarak anlamadığımız şey, beynin bu yapısal ve işlevsel bileşenlerinin sonunda elinizi hareket ettirme sonucuna yol açacak şekilde nasıl ve ne zaman etkileşime girdiğidir.”

Fonksiyonel MRG (fMRI), beyin ağlarını incelemek için kullanılan en popüler tekniktir. fMRI, nöral aktiviteyi takip eden kan akışını ve oksijenlenme değişikliklerini izler, böylece oluşan fonksiyonel bağlantıları dolaylı olarak ölçer ve bize beyin aktivitesinin nereye yayıldığına dair bir gösterge verir.

Ancak beyin aktivitesi, bölgeden bölgeye giden bir sinyal kadar basit değildir.

Chuang laboratuvarındaki ekip, beyin aktivitesinin dinamiklerini saniyenin altında bir seviyede yakalamalarını sağlayan, büyük ölçüde artırılmış zamansal çözünürlüğe sahip yeni bir ultra hızlı fMRI tekniği geliştirdi.

Doçent Chuang, yeni tekniğin beynin yapısal ve işlevsel bağlantılarının nasıl ve ne zaman etkileşime girdiğine dair daha kapsamlı bir anlayışa yol açtığını söyledi.

“Yaptığımız ilk yeni keşif, beyin aktivitesinin yalnızca yapısal kablolama yoluyla yayılmadığı, aynı zamanda uyarıcı ve inhibe edici nöronal dağılımlarına bağlı olarak belirli tercihli devreleri takip ettiğidir” dedi.

“Benzer hücre tiplerinin beyin bölgeleri arasındaki iletişim daha akıcı hale gelir ve beyin aktivitesi güçlenir.”

Chuang grubu, ultra hızlı fMRI tekniklerini kullanarak hem uyarılmış hem de dinlenme halindeyken farelerin beyin aktivitesini izledi. Beyin uyarıldığında, aktivite ileri yönde – A’dan B’ye ve sonra B’den C’ye – yapısal kablolamayı takip etti. Beyin dinlenme halindeyken, aktivite hücre tipi organizasyonuna daha fazla bağımlıydı ve C arasında yayılan yapısal kablolamaya daha az bağlıydı. ve B, ancak A ile değil, eğer tercihli devre oradaysa.

Bu, bilginin nasıl işlendiğinin aslında sizin durumunuza bağlı olduğu anlamına gelir; daha önce beyin aktivitesinin ister dinlenirken ister bir görevle meşgul olsun aynı şekilde çalıştığı düşünülürdü.

Doçent Chuang, “Yaptığımız ikinci keşif, fMRI tarafından tespit edilen kan sinyalinin ağ organizasyonunu ve hücre tipi dağılımını yansıtabileceğiydi.” Dedi.

“Bu bulguların, beyin yapısının nasıl işlev gördüğü ve bu yapının bilgisine dayalı olarak aktivitenin nasıl tahmin edileceği konusunda önemli çıkarımları var. Daha pratik olarak, şu anda bildiklerimiz, DBS ve diğer beyin stimülasyon tekniklerinin tasarımını etkileyecek.

“Sonraki adımlar, DBS anlayışımızı geliştirmeye yardımcı olmak için bu bilgiyi insan verileriyle birleştirerek nasıl kullanabileceğimizi belirlemek için beyin stimülasyonunda uzman klinisyenlerle birlikte çalışmaktır.”

Bu daha kapsamlı anlayış, DBS sonuçlarını daha iyi tahmin etmemizi ve daha iyi terapötik sonuçlar için tasarımını geliştirmemizi sağlayabilir.

Bu çalışma dergide yayınlandı. Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı (PNAS).

Queensland Beyin Enstitüsü tarafından sağlanmıştır