مطالعات مربوط به فرآیندهای رخ داده در مغز هنگام تشنج

دانشمندان در تلاش برای درک فرآیندهای پیچیده رخ داده در مغز هنگام تشنج و مهمترین علامت های صرع به موفقیت های قابل توجهی دست یافته اند.

تیمی از دانشمندان دانشگاه اکستر مکانیسم های موجود در الگوهای متمایز فعالیت الکتریکی گروه های عصبی در مغز را که همراه با شروع تشنج هستند، مورد مطالعه قرار داده اند.

در مغزهای سالم، شبکه های سلول های عصبی از طریق حالاتی از رفتاری مشابه – معروف به همگام سازی – و رفتاری متفاوت که به آن ها عدم هماهنگی گفته می شود، حرکت می کنند. این فرایندها هم با حافظه و هم با توجه مرتبط هستند.

با این حال، در یک مغز مبتلا به یک اختلال عصبی مانند صرع، زمانی که مجموعه ای از سلول های مغز شروع به تولید الکتریسیته اضافی می کند، این هماهنگی می تواند تقریباً تا یک حد خطرناک رشد کند.

در یک سری از مطالعات جدید در مورد فرآیندهای رخ داده در مغز هنگام تشنج که اخیراً در PLoS Computational Biology و SIAM Journal on Applied Dynamical Systems منتشر شده است، تیم تحقیقاتی از رویکرد پیچیده مدل سازی ریاضی برای بررسی تعامل بین گروه های سلول های عصبی، که منجر به انتقال در تغییرات همگام سازی می شود، استفاده کرده اند.

مطابق گزارش جنیفر کریزر، نویسنده مشترک این تحقیق از دانشگاه اکستر “تصور می شود که همگام سازی برای پردازش اطلاعات مهم است. اما همگام سازی بیش از حد – مانند آنچه در حملات صرع یا بیماری پارکینسون اتفاق می افتد – با بیماری ها مرتبط است، و می تواند عملکرد مغز را مختل کند.”

این مطالعه مربوط به فرآیندهای رخ داده در مغز هنگام تشنج که در انجمن تحقیقات علوم فیزیکی و مهندسی برای مدل سازی قابل پیش بینی در خدمات درمانی در دانشگاه اکستر و دانشگاه بیرمنگام انجام شد، از یک نسخه گسترده از یک مدل ریاضی موجود استفاده شده است که مغز را به عنوان شبکه اتصال گره های مختلفی از گروه های عصبی نشان می دهد.

شبکه مدل از گره های دو پایا تشکیل شده است، به این معنی که هر گره می تواند بین دو حالت پایدار – استراحت و تشنج جابجا شود. این گره ها در حالت فعلی خود باقی می مانند، تا زمانی که محرکی دریافت کنند که ضربه مناسب برای پرش به حالت دیگر را به آن ها بدهد.

این محرک هم از گره های متصل دیگر و هم به شکل نویز – از منابع خارجی فعالیت عصبی، مانند واکنش های غدد درون ریز که با یک حالت عاطفی یا تغییرات فیزیولوژیکی مربوط به بیماری مرتبط هستند، ناشی می شود.

افزودن مقدار کمی نویز به سیستم باعث شد که هر گره به حالت فعال منتقل شود – اما هندسه سیستم به گونه ای بود که بازگشت به حالت استراحت بسیار بیشتر از زمان خروج از آن بود.

پیش از این، تیم تحقیقاتی دریافتند که این کار منجر به مجموعه ای از پرش ها به حالت فعال می شود – دقیقاً مانند دومینو – که فعالیت را در سراسر شبکه گسترش می دهد.

تحقیقات جدید بر اساس این “اثر دومینو” بنا شده است، تا شرایطی را که این تغییرات در همگام سازی را ایجاد می کند شناسایی کند، و چگونگی تأثیر نوع اتصال در شبکه بر رفتار آن را بررسی کند.

اثر دومینو
Google Images/ Domino Effects

این تحقیقات مربوط به فرآیندهای رخ داده در مغز هنگام تشنج به این نتیجه رسیده اند که وقتی مدل دامنه کلی تر و اتصال فاز را در بر می گیرد، هماهنگی گره ها می تواند بین پرش های متوالی در طول اثر دومینو تغییر کند.

پروفسور پیتر اشوین، نویسنده مشترک این مطالعه معتقد است: “اگرچه این یک مطالعه تئوریک بر روی یک مدل ایده آل است، اما از چالش های ناشی از درک انتقال بین فعالیت های سالم و بیمار گونه در مغز الهام گرفته شده است.”

همچنین پروفسور کراسیمیرا تسانوا-آتاناسووا، یکی از نویسندگان این مطالعه افزود: “مدل سازی ریاضی شروع و انتشار تشنج نه تنها می تواند به کشف مکانیسم های اساسی پیچیده تشنج کمک کند، بلکه وسیله ای را برای ممکن سازی آزمایش های سیلیکونی برای پیش بینی نتیجه دستکاری سیستم های عصبی فراهم می کند.”

اتحادیه بین المللی مبارزه با صرع برای درک بهتر فرآیندهای رخ داده در مغز هنگام تشنج، گروه های تشنجی را به سه دسته “کانونی”، “عمومی” و “ناشناخته” به ترتیب مبتنی بر اینکه آیا شروع تشنج محدود به یک منطقه مغز در یک نیمکره است، یا به طور همزمان در چندین منطقه مغز ایجاد می شود، یا شناخته شده نیست تقسیم بندی می کند. این دسته بندی برای تنوع غنی الگوی فضایی-زمانی بروز تشنج از نظر بالینی و آزمایشی حساب نمی شود، و حتی برای خصوصیات شبکه های مغزی که آن ها را تولید می کند کمتر است. ما سه الگوی مختلف از بروز تشنج شبیه به دومینو را در صرع عمومی ایدیوپاتیک در نظر می گیریم، و یک رویکرد جدید برای طبقه بندی تشنج ها ارائه می دهیم. برای درک چگونگی تولید این الگوها در شبکه ها، نیاز به درک رابطه بین پویایی گره های ذاتی و اتصال بین گره ها در حضور نویز که در حال حاضر ناشناخته است، می باشد.

روش استفاده شده در این کار به درک بهتری از محرک های احتمالی برای الگوهای فضایی – زمانی مشاهده شده در هنگام بروز تشنج کمک می کند، و در نهایت ممکن است به یک روش شخصی تر برای طبقه بندی انواع تشنج در عمل بالینی کمک کند.

بیشتر بخوانید: واکنش مغز به جابجایی اشیاء

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.