روش‌هاي بررسي مغز

مطالب مرتبط

اعتیاد

سپتامبر 4, 2015

اعتیاد و روش های درمان و پیشگیری از آن

سپتامبر 4, 2015

بهداشت روانی محیط کار

سپتامبر 4, 2015

ارسالی آسیه

قطع تجربي

يکي از مهم‌ترين روش‌هاي پژوهشي که براي بررسي کارکردهاي مغز بکار مي‌رود، شامل تخريب بخشي از مغز و بررسي رفتار متعاقب جانور است. اين روش، قطع تجربي ناميده مي‌شود. در اکثر موارد، قطع تجربي شامل برداشتن بافت مغزي نيست، بلکه پژوهشگر، يک بافت را در محل آن تخريب مي‌کند. قطع تجربي، قديمي‌ترين روش بکار گرفته شده در علم عصب‌شناسي است و امروزه نيز مهم‌ترين روش به حساب مي‌آيد.

بررسي اثرات رفتاري آسيب‌ مغزي

ضايعه، زخم يا جراحت است و پژوهشگري که به تخريب بخشي از مغز مي‌پردازد، معمولاً با عبارت ضايعه مغزي از آسيب وارد شده به مغز ياد مي‌کند. آزمايش‌هايي که در آن‌ها بخشي از مغز آسيب مي‌بيند و به دنبال آن، رفتار حيوان مورد مشاهده قرار مي‌گيرد، مطالعه ضايعات ناميده مي‌شوند. منطق مطالعه ضايعه اين است که کارکرد يک ناحيه مغز مي‌تواند از رفتارهايي استنتاج شود که حيوان ديگر قادر نيست پس از آسيب ديدن آن ناحيه، ديگر قادر به انجام آن‌ها نيست. مثلاً اگر پس از تخريب بخشي از مغز، حيوان ديگر نتواند کارهايي را که مستلزم بينايي است، انجام دهد، مي‌توانيم نتيجه بگيريم که حيوان ‌کور شده است و ناحيه آسيب ديده در بينايي نقش دارد.

بايد در تفسير اثرات ضايعه مغزي، بسيار محتاط باشيم. مثلاً چگونه مي‌توانيم اطمينان حاصل کنيم که حيوان دچار ضايعه، کور است؟ آيا با اشيا برخورد مي‌کند، يا اينکه از حرکت در يک ماز به سمت نوري که مکان غذا را نشان مي‌دهد، خودداري مي‌کند، يا اينکه ديگر مردمک چشم‌هايش در مقابل نور تنگ نمي‌شود؟ حيوان، ممکن است به علت نقص در هماهنگي حرکتي به اشياء برخورد کند، يا اشتهايش را به غذا (و در نتيجه انگيزه‌اش را در طي کرد ماز) از دست داده باشد، يا اينکه خيلي خوب ببيند، اما بازتاب‌هاي بينايي‌اش را از دست داده باشد. پژوهشگران اغلب دچار اشتباه مي‌شوند. سال‌ها پيش تصور کردند که موش آلبينو، کور است (اين موش، کور نيست). تصورش را بکنيد، چگونه مي‌توانيد آزمايش کنيد که يک موش مي‌تواند ببيند يا نه؟ بخاطر داشته باشيد که موش‌ها حس‌گرها (سبيل‌هايي) دارند که مي‌تواند براي شناسايي يک ديوار، پيش از برخورد کردن با آن يا شناسايي لبه ميز، پيش از فرو افتادن از آن بکار رود. آن‌ها همچنين مي‌توانند راه خود را در يک اتاق از طريق دنبال کردن ردّ بويايي پيدا کنند.

پس چه چيزي مي‌توانيم از مطالعات ضايعه بياموزيم؟ هدف ما کشف کارکردهايي است که بوسيله نواحي مختلف مغز انجام مي‌گيرد و سپس فهم چگونگي ترکيب اين کارکردها در جهت انجام رفتارهاي خاص است. تفاوت بين کارکرد مغزي و رفتار، حايز اهميت است. مدارهاي درون مغز، کارکردها را انجام مي‌دهند، نه رفتارها را. هيچ ناحيه‌اي از مغز يا هيچ‌يک از مدارهاي عصبي، به تنهايي مسئول يک رفتار نيست. هر ناحيه کارکرد (يا مجموعه‌اي از کارکردها) را به انجام مي‌رساند که در اجراي رفتار شرکت دارند. مثلاً عمل خواندن شامل کارکردهاي لازم براي کنترل حرکات چشم، تمرکز عدسي‌هاي چشم، ادراک و تشخيص کلمات و حروف، درک معني واژه‌ها و غيره مي‌باشد. بعضي از اين کارکردها در رفتارهاي ديگري نيز شرکت مي‌کنند، مثلاً کنترل حرکات چشم و تمرکز، براي هر نوع کاري که مستلزم نگاه کردن است، ضروري مي‌باشد و آن‌دسته از سازوکارهاي مغز که براي درک معاني کلمات بکار مي‌روند، در درک کلام نيز شرکت دارند. وظيفه پژوهشگر، فهم کارکردهاي ضروري براي انجام يک رفتار خاص و تعيين اين مسئله است که چه مدارهايي از نورون‌ها در مغز، مسئول هر کدام از اين کارکردها است.

ايجاد ضايعات مغزي

ما چگونه ضايعات مغزي را ايجاد مي‌کنيم؟ تخريب بخش‌هايي از مغز که درست زير جمجمه قرار گرفته‌اند، آسان است. حيوان را بيهوش مي‌کنيم، پوست سر را بريده و باز مي‌کنيم، بخشي از جمجمه را بر مي‌داريم، سخت شامه را بريده و قشر مخ را در معرض ديد قرار مي‌دهيم. سپس مي‌توانيم از يک وسيله مکشي براي بيرون کشيدن بافت مغز استفاده کنيم. براي تکميل برداشت اين بافت، يک پيپت شيشه‌اي را روي سطح مغز قرار داده و بوسيله تلمبه مکنده متصل به پيپت، بافت مغز را بر مي‌داريم.

ما بيشتر مي‌خواهيم آن نواحي مغز را که در عمق مغز قرار گرفته‌اند، تخريب کنيم. ضايعات نواحي زير قشري مغز (آن نواحي که در زير کرتکس قرار گرفته‌اند) معمولاً با عبور دادن جريان الکتريکي بوسيله سيمي از فولاد ضدزنگ انجام مي‌شود که در همه نقاط به جز قسمت نوک بوسيله لايه‌اي عايق پوشيده شده است. اين سيم را بصورت استريو تاکسيک طوري هدايت مي‌کنيم که انتهاي آن در محل مناسب قرار گيرد (جراحي استريوتاکسيک در بخش بعدي توصيف شده است). سپس دستگاه ضايعه‌ساز را که جريان فرکانس راديويي (RF)- جريان متناوبي با فرکانس بسيار بالا- توليد مي‌کند، روشن مي‌کنيم. عبور جريان از بافت مغز گرمايي ايجاد مي‌کند که سلول‌هاي واقع در ناحيه اطراف نوک الکترود را از بين مي‌برد.

ضايعات ايجاد شده بدين وسيله، همه چيز را در اطراف نوک الکترود، از جمله اجسام سلولي عصبي و آکسون‌هاي نورون‌هايي که از آن ناحيه عبور مي‌کنند، از بين مي‌برد. يک روش گزينشي‌تر براي ايجاد ضايعات مغزي، استفاده از يک اسيد آمينه تحريکي، از قبيل اسيد کاينيک است که با تحريک نورون‌ها تا حد مرگشان، آن‌ها را از بين مي‌برد. ضايعات ايجاد شده به اين شيوه، ضايعات تحريکي-تخريبي ناميده مي‌شوند. وقتي يک اسيد آمينه تحريکي از طريق لوله‌ به ناحيه‌اي از مغز تزريق شود، اين ماده شيميايي اجسام سلولي عصبي آن ناحيه را تخريب مي‌کند، اما آکسون‌هاي متعلق به نورون‌هاي مختلفي را که از آنجا عبور مي‌کنند، به حال خود رها مي‌کند. اين امکان انتخاب به پژوهشگر اجازه مي‌دهد تعيين کند که آيا اثرات رفتاري تخريب ساختار خاصي از مغز در اثر از بين رفتن نورون‌هاي قرار گرفته در آن ناحيه ايجاد شده است يا در اثر تخريب آکسون‌هايي که از آنجا عبور مي‌کنند.

توجه داشته باشيد که هنگام ايجاد ضايعات زير قشري بوسيله عبور جريان RF از طريق يک الکترود يا تزريق يک ماده شيميايي از طريق لوله، همواره آسيبي اضافي به مغز وارد مي‌کنيم. وقتي الکترود يا لوله را وارد مغز مي‌کنيم تا به ناحيه مورد نظر خود برسيم، به ناچار، حتي پيش از روشن کردن دستگاه ضايعه‌ساز يا شروع تزريق، آسيب اندکي ايجاد مي‌کنيم. بنابراين نمي‌توانيم صرفاً به مقايسه رفتار حيوانات دچار ضايعه مغزي با رفتار حيوانات جراحي نشده گروه کنترل اکتفا کنيم. آسيب جزئي به نواحي مغزي بالاي ناحيه دچار ضايعه ممکن است علت برخي از نقيصه‌هاي رفتاري‌اي باشد که مشاهده مي‌کنيم. آنچه روي گروه آزمايشي انجام مي‌دهيم، روي گروه کنترل نيز پياده مي‌کنيم و روي آن‌ها ضايعات کاذب ايجاد مي‌کنيم. براي اين کار حيوان را بيهوش مي‌کنيم، در دستگاه استريوتاکسيک (که در زير توصيف شده است) قرار مي‌دهيم، پوست سر را باز مي‌کنيم، در جمجمه سوراخ‌هايي ايجاد مي‌کنيم، الکترود يا لوله را وارد مغز مي‌کنيم و آنرا تا عمق مورد نظر فرو مي‌بريم. به ديگر سخن، همه کارهايي را که براي ضايعه انجام مي‌دهيم، به جز روشن کردن ضايعه‌ساز يا شروع تزريق در اينجا نيز اجرا مي‌کنيم. اين گروه حيوانات نقش گروه کنترل را دارد. اگر رفتار حيوانات دچار ضايعات مغزي با رفتار حيوانات کنترل داراي ضايعه کاذب تفاوت داشته باشد، مي‌توانيم نتيجه‌گيري کنيم که ضايعه، علت نقيصه‌هاي رفتاري است (همان‌گونه که مي‌بينيد، يک ضايعه کاذب همان نقش دارونما را در يک مطالعه داروشناسي بازي مي‌کند).

اکثر اوقات، پژوهشگران ضايعات مغزي دائمي ايجاد مي‌کنند، اما گاهي مفيد است که فعاليت ناحيه ويژه‌اي از مغز را بطور موقت، متوقف کنيم. آسان‌ترين راه براي انجام اين کار، تزريق بي‌حس‌کننده موضعي يا ماده‌اي بنام موسيمول به قسمت موردنظر مغز است. داروي بي‌حس‌کننده‌،‌از ورود پتانسيل‌هاي عمل آکسون‌ها به ناحيه موردنظر و خروج آن‌ها از اين ناحيه جلوگيري مي‌کند، در نتيجه به‌طور مؤثر، يک ضايعه موقتي ايجاد مي‌کند (که معمولاً ضايعه قابل بازگشت مغزي ناميده مي‌شود). موسيمول دارويي است که گيرنده‌هاي گابا را تحريک مي‌کند و يک ناحيه از مغز را با بازداري نورون‌هاي قرار گرفته در آن ناحيه، غيرفعال مي‌کند (بخاطر داشته باشيد که گابا مهم‌ترين انتقال دهنده عصبي بازدارنده در مغز است).

جراحي استريوتاکسيک

حال، ما چگونه نوک الکترود يا لوله را به يک موقعيت دقيق در اعماق مغز حيوان مي‌رسانيم؟ پاسخ، جراحي استريوتاکسيک است. استريوتاکسيک در لغت به معني «محکم قرار گرفتن» است. بصورت تخصصي‌تر، اين لغت به توانايي مکان‌يابي اشيا در فضا اشاره دارد. يک دستگاه استريوتاکسيک داراي يک نگهدارنده است که سر حيوان را در يک موقعيت استاندارد ثابت مي‌کند و نيز يک بازوي متحرک دارد که الکترود يا لوله را به اندازه مسافت‌هاي معين در هر سه بعد فضايي حرکت مي‌دهد. با اين حال، براي انجام جراحي استريوتاکسيک بايد اطلس استريوتاکسيک را مطالعه نمود.

اطلس استريوتاکسيک

مغز هيچ دو حيوان متعلق به يک گونه خاص، کاملاً يکسان نيستند، اما بين افراد آنقدر شباهت هست که بتوان موقعيت ساختارهاي ويژه مغز را نسبت به اجزاي خارجي سر تعيين کرد. بعنوان نمونه هسته زير قشري يک موش ممکن است از نقطه‌اي که بوسيله اتصال چند استخوان جمجمه شکل گرفته است، در جهت بطني، قدّامي و جانبي، چند ميلي‌متر فاصله داشته باشد. جمجمه از چندين استخوان تشکيل شده است که بهم متصل شده و اتصال‌ها (درزها) را شکل مي‌دهند. سر نوزادان تازه متولد شده داراي يک محل نرم در محل اتصال استخوان‌هاي تاجي و سهمي بنام ملاج مي‌باشد. پس از آنکه اين شکاف بسته شد، محل اتصال اين استخوان‌ها، برگما ناميده مي‌شود که از واژه‌اي يوناني به معني «جلوي سر» گرفته شده است. مي‌توانيم برگما را روي جمجمه موش نيز پيدا کنيم و اين نقطه، نقش يک نقطه مرجع مناسب را دارد.

يک اطلس استريوتاکسيک شامل عکس‌ها يا طراحي‌هايي است که با برش‌هاي پيشاني متعلق به فواصل مختلفي از جلو و عقب برگما مطابقت دارند. هر صفحه اطلس استريوتاکسيک، طبق فاصله آن از برگما برچسب‌گذاري شده است. شبکه ترسيم شده در هر صفحه فواصل ساختارهاي مغزي را در جهت بطني از بالاي جمجمه، و در جهت جانبي نسبت به خط‌مياني نشان مي‌دهد. براي قراردادن نوک سيم در فورنيکس بايد در بالاي ساختار موردنظر سوراخي ايجاد کرده و الکترود را از درون سوراخ پايين بياوريم تا اينکه نوک آن نسبت به ارتفاع جمجمه در برگما، در عمق مناسب قرار گيرد. سپس، با يافتن ساختار عصبي موردنظر در يکي از صفحات اطلس استريوتاکسيک (که در حيوان قابل مشاهده نيست)، مي‌توانيم موقعيت ساختار را نسبت به برگما (که مي‌توانيم ببنيم) تعيين کنيم. توجه داشته باشيد که به دليل تفاوت‌هايي در نژادها و سنين حيوانات، اطلس فقط يک موقعيت تقريبي را ارائه مي‌کند. ما هميشه بايد مجموعه جديدي از مختصات را بکار گيريم، مغز حيوان را شکافته و رنگ‌آميزي کنيم، موقعيت دقيق ضايعه را مشاهده کنيم، اعداد را تصحيح کنيم و دوباره امتحان کنيم (برش و رنگ‌آميزي مغز نيز بعداً توصيف خواهند شد).

دستگاه استريوتاکسيک

يک دستگاه استريوتاکسيک روي اصول ساده‌اي کار مي‌کند. اين وسيله داراي يک نگهدارنده سر است که جمجمه حيوان را در جهت مناسبي نگه مي‌دارد، يک نگهدارنده الکترود و يک مکانسيم مدرج دارد که نگهدارنده الکترود را در فواصل اندازه‌گيري شده‌اي در جهت سه محور عقب-جلو، پشتي-شکمي و جانبي- مياني حرکت مي‌دهد. پس از آنکه مختصات را از اطلس استريوتاکسيک به دست آورديم، حيوان را بيهوش مي‌کنيم، آنرا در دستگاه قرار مي‌دهيم و پوست سرش را برمي‌داريم. برگما را پيدا مي‌کنيم، شماره‌هاي مناسب را در دستگاه استريوتاکسيک تنظيم مي‌کنيم، روي جمجمه حفره‌اي ايجاد مي‌کنيم و وسيله را به اندازه مناسب در مغز فرو مي‌بريم. حال، نوک لوله يا الکترود همان‌جايي که ما مي‌خواهيم قرار دارد و آماده‌ايم تا ضايعه را ايجاد کنيم.

البته جراحي استريوتاکسيک ممکن است در جهت اهدافي غير از ايجاد ضايعه بکار رود. سيم‌هايي که در مغز قرار مي‌گيرند، ممکن است براي تحريک نورون‌ها و نيز تخريب آن‌ها بکار روند و مي‌توان داروهايي تزريق کرد که نورون‌ها را تحريک کنند، يا اينکه گيرنده‌هاي خاصي را مسدود کنند. مي‌توانيم لوله‌ها يا سيم‌ها را بطور دائمي به مغز متصل کنيم. در همه اين موارد پس از انجام عمل جراحي، زخم بخيه زده مي‌شود و حيوان از دستگاه استريوتاکسيک بيرون برده شده و از بيهوشي خارج مي‌شود.

ضمناً دستگاه‌هاي استريوتاکسيک مخصوص انسان‌ها نيز ساخته شده است. گاهي يک جراح اعصاب، مثلاً براي کاهش علائم بيماري پارکينسون، ضايعات زير قشري ايجاد مي‌کند. جراح، معمولاً از چند نشانه استفاده کرده و موقعيت سيم (يا وسيله ديگر) وارد شده به مغز را با استفاده از اسکن‌هاي MRI، پيش از ايجاد ضايعه تثبيت مي‌کند.