Zespół przełomowego projektu badawczego wykorzystał zaawansowane techniki obrazowania mózgu, aby zmienić stan wiedzy dotyczący połączeń występujących w tym narządzie.
Udary mózgu stanowi drugą najczęstszą przyczynę zgonów – każdego roku doświadczają ich przeszło dwa miliony mieszkańców i mieszkanek Europy.
Metody obrazowania mózgu umożliwiają zarówno diagnozowanie udarów, jak i oceny stanu pacjentów, jednak ustalanie na ich podstawie rokowań dotyczących powrotu do zdrowia i rekonwalescencji nastręcza wielu trudności, zwłaszcza w sytuacji, gdy pacjent doznaje udaru jednej półkuli mózgu.
Jednym z konwencjonalnych założeń nauki o mózgu było to, że każda półkula pełni zupełnie różne funkcje. Według tego założenia, język stanowi domenę przede wszystkim lewej półkuli, z kolei prawa strona mózgu odpowiada za zmysł wzroku oraz orientację w przestrzeni.
Rozwój technik neuroobrazowania i przeprowadzone badania, w tym analizy danych dotyczących udarów mózgu, doprowadziły do ponownej weryfikacji tych założeń.
„Mózg zdaje się mieć niezwykłą zdolność do adaptacji i kompensacji – dokładne mechanizmy i czynniki odpowiadające za te procesy pozostają przedmiotem trwających badań”, wyjaśnia Stephanie Forkel, badaczka z francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS) i koordynatorka projektu PERSONALISED.
W ramach prac realizowanych pod egidą finansowanego ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie” projektu PERSONALISED, badacze wykorzystali metody obrazowania mózgu i techniki modelowania obliczeniowego, aby lepiej zrozumieć podstawowe powiązania między półkulami mózgowymi.
„Zrozumienie tych mechanizmów jest niezwykle ważne z punktu widzenia rekonwalescencji pacjentów po udarach oraz opracowywania skutecznych strategii neurorehabilitacji”, dodaje Forkel.
Wywoływanie sztucznych zmian
Zespół skupiony wokół projektu PERSONALISED wykorzystał istniejące ogólnodostępne zbiory danych poznawczych oraz dane z obrazowania mózgu o wysokiej rozdzielczości zebrane od 1 200 zdrowych uczestników projektu Human Connectome Project (HCP). Zbiór ten stanowi największe i najbardziej zaawansowane źródło danych w tej dziedzinie.
Głównym celem badań realizowanych w ramach projektu PERSONALISED było odkrycie związku między anatomią mózgu a dynamicznymi zmianami w jego lateralizacji oraz ustalenie powiązań między zmianami, nasileniem objawów i rekonwalescencją po udarze.
W tym celu naukowcy zaczęli pracę od pomiaru funkcjonalnej i strukturalnej lateralizacji zdrowego mózgu podczas oglądania filmów. Następnie przeprowadzili symulację wpływu udaru mózgu poprzez wywołanie sztucznych zmian, aby stworzyć model, który został następnie zestawiony z danymi z obrazowania mózgu oraz poznawczymi zebranymi od pacjentów po udarze.
„Na każdym z trzech etapów badań analizowaliśmy złożone mechanizmy lateralizacji mózgu na poziomie jednostkowym, wykazaliśmy zalety zaawansowanych technik obrazowania mózgu i opracowaliśmy sposoby, które pozwolą na odkrywanie dynamicznych mechanizmów mózgu w przyszłych badaniach”, zauważa Forkel.
Odkrywanie zawiłych połączeń mózgowych
W wyniku przeprowadzonych badań udało się ustalić, że połączenia mózgowe pełnią ważną funkcję wykraczającą poza proste przesyłanie sygnałów między regionami mózgu. Dynamiczne połączenia między obszarami kory mózgowej zdają się być źródłem zachowania oraz funkcji poznawczych.
„Takie interakcje wymagają dokładnego zgrania bliskich i odległych regionów mózgu za pośrednictwem gęstych sieci połączeń”, wyjaśnia Forkel. „Oznacza to, że połączenia występujące w mózgu stanowią fundament funkcjonalnej organizacji tego narządu”.
Innym przełomowym rezultatem było zaprezentowanie znaczenia obrazowania połączeń w żywym mózgu dla neurobiologii poznawczej – zastosowanie takiego rozwiązania pozwala na wyciągnięcie nowych wniosków na temat ewolucji tego narządu oraz zróżnicowania możliwości poznawczych między osobnikami i gatunkami.
Dyskonektom
Jak udało się ustalić badaczom, patologiczne zmiany w mózgu mogą zwiększać tę zmienność w wyniku zrywania połączeń.
„W związku z tym prognozowanie przewlekłych objawów powinno koncentrować się na tych zerwanych połączeniach pomiędzy obszarami mózgu. W praktyce oznacza to zupełną zmianę podejścia i sposobu myślenia o tym narządzie i wymusza opracowanie całkowicie nowych map”, zauważa Forkel.
Zespół projektu opracował w ramach prac pionierską metodę poznawczego obrazowania mózgu, nazwaną przez nich dyskonektomem. Zastosowanie tej metody pozwoliło na ujawnienie kluczowych powiązań w istocie białej odpowiedzialnych za umiejętności czytania, co umożliwiło opracowanie rozwiązań pozwalających na przewidywanie występowania problemów z czytaniem w następstwie urazu mózgu.
„Takie odkrycia mogą zmienić sposób, w jaki postrzegamy nasze mózgi, a także znacząco przyczynić się do rozwoju neuronauki i praktyki klinicznej”, mówi Forkel.
Komentarze
[ z 0]