تاریخچه تصویربرداری عصبی
تصویربرداری عصبی یک روش پزشکی است که به پزشکان و پژوهشگران امکان میدهد از درون بدن یا مغز بیمار تصویر بگیرند. این روش میتواند بخشهایی با فعالیت افزایشیافته، نواحی با جریان خون زیاد یا کم، ساختار مغز یا بدن بیمار، و همچنین برخی ناهنجاریها را نشان دهد. تصویربرداری عصبی بیشتر برای یافتن محل دقیق برخی بیماریها یا نواقص مادرزادی مانند تومورها، سرطانها یا سرخرگهای مسدودشده بهکار میرود.
تصویربرداری عصبی نخستینبار در دههٔ ۱۸۸۰ میلادی با اختراع تراز گردش خون انسان پدید آمد و پس از آن به اختراع ابزارهای دیگری مانند اشعه ایکس، تهویهٔ بطنها با هوا، آنژیوگرافی مغزی، اسکنهای PET/SPECT، مغناطیسنگاری مغزی و اسکن سیتی با زنون انجامید.
تراز گردش خون انسان
_(14591577807).jpg)
تراز گردش خون انسان روشی غیرتهاجمی برای اندازهگیری جریان خون در مغز هنگام فعالیتهای ذهنی بود.[۱] در این روش، بیمار روی میزی قرار میگرفت که بر روی یک تکیهگاه متحرک سوار بود و بسته به سطح فعالیت مغزی، امکان نوسان میز وجود داشت. هنگامی که بیمار در معرض محرکهای پیچیدهتر شناختی قرار میگرفت، میز به سمت سر او متمایل میشد.[۱] این ابزار که در سال ۱۸۸۲ توسط آنجلو موسو[الف] ساخته شد، بهعنوان نخستین روشِ پدیدآمده در زمینهٔ تصویربرداری عصبی شناخته میشود و موسو بیشتر بهخاطر همین اختراع شهرت دارد.[۲][۳]
اشعه ایکس
در سال ۱۸۹۵، ویلهلم رونتگن نخستین رادیوگرافی را ساخت که امروزه بیشتر با نام اشعه ایکس شناخته میشود.[۴] رونتگن در سال ۱۹۰۱ بهخاطر این کشف جایزهٔ نوبل دریافت کرد. بلافاصله پس از معرفی این روش، دستگاههای اشعه ایکس ساخته شدند و در سراسر جهان در پزشکی بهکار رفتند.[۵]
مغز تقریباً بهطور کامل از بافت نرم تشکیل شده و در برابر اشعه ایکس شفاف است، به این معنا که در بررسیهای معمول با اشعه ایکس عملاً دیده نمیشود. این موضوع در مورد بیشتر ناهنجاریهای مغزی نیز صدق میکند، هرچند استثناهایی هم وجود دارد. برای نمونه، یک تومور کلسیفیهشده[ب] (مانند مننژیوم، کرانیوفارنژیوما و برخی انواع گلیوما) بهراحتی قابل مشاهده است.
تهویهٔ بطنها با هوا
برای رفع مشکل محدودیت اشعه ایکس، در سال ۱۹۱۸ جراح مغز و اعصاب والتر دندی روشی به نام تهویهٔ بطنها با هوا ابداع کرد. در این روش، هوای پالایششده مستقیماً به بطنهای جانبی مغز تزریق میشد تا امکان تصویربرداری دقیقتری از سامانهٔ بطنی مغز فراهم گردد.[۴] بهلطف بیحسکنندههای موضعی، این فرایند دردناک نبود؛ اما بسیار پرخطر بهشمار میرفت. خونریزی، عفونت شدید و تغییرات شدید در فشار درونبطنها از جمله تهدیدهای این روش بودند.
با این وجود، دندی به همینجا بسنده نکرد. او در سال ۱۹۱۹ انسفالوگرافی[پ] را معرفی کرد؛ روشی پزشکی برای ثبت فعالیت الکتریکی مغز.[۶] در این روش، حسگرهایی به مغز متصل میشدند که سیگنالهای الکتریکی آن را شناسایی و اندازهگیری میکردند. سپس این سیگنالها به تصویر تبدیل میشدند و الگوهای فعالیت مغزی را نشان میدادند.
این پیشرفتهای نخستین باعث شد تصویربرداری عصبی برای تشخیص بیماریهایی مانند صرع، آسیبهای مغزی و اختلالات خواب بهکار رود و اطلاعات ارزشمندی دربارهٔ کارکرد مغز فراهم آورد؛ دادههایی که بعدها با پیشرفت تصویربرداری مدرن توسعه یافتند.
آنژیوگرافی مغزی
آنژیوگرافی مغزی که در سال ۱۹۲۷ معرفی شد، به پزشکان امکان داد تا ناهنجاریهایی در مغز مانند تومورها و انسداد سرخرگ کاروتید داخلی را با دقت شناسایی و تشخیص دهند.
اگاش مونیژ، ابداعکنندهٔ این روش، طی یک سال آزمایشهای متعددی با درصدهای گوناگون محلولهای رنگی انجام داد که به درون سرخرگها تزریق میشد تا رگهای خونی مغز بهتر دیده شوند. او سرانجام دریافت که محلولی شامل ۲۵٪ یدید سدیم هم برای بیماران ایمنتر است و هم در نمایانسازی رگها و سرخرگهای مغزی کارآمدتر عمل میکند.[۷]
اسکنهای PET/SPECT
توموگرافی با گسیل پوزیترون یا اسکن PET روشی تصویربرداری است که نواحی با فعالیت بالا را در بدن نشان میدهد. شیوهٔ کار بدین صورت است که ابتدا یک مادهٔ رادیواکتیو (به نام «ردیاب») از طریق تزریق در دست یا بازوی بیمار وارد بدن میشود. ردیاب در بدن گردش میکند و به مادهای خاص میچسبد که اندام یا بافت در جریان سوختوساز تولید میکند، مانند گلوکز. در نتیجه پوزیترونها ایجاد میشوند و این پوزیترونها توسط دوربین PET ثبت میگردند. پس از ثبت، رایانه تصویری دوبعدی یا سهبعدی از فعالیت درون اندام یا بافت تولید میکند.[۸] ایدهٔ اسکن PET در دههٔ ۱۹۵۰ توسط ویلیام سوئیت مطرح شد، اما نخستین دستگاه PET تمامبدنی در سال ۱۹۷۴ توسط مایکل فِلف ساخته شد.[۹]
بهطور مشابه، توموگرافی با گسیل تکفوتون یا اسکن SPECT نیز بر پایهٔ ردیابی یک مادهٔ ردیاب در بدن بیمار کار میکند. تفاوت اینجاست که در SPECT پرتوهای گامای گسیلشده از محل اتصال ردیاب بهطور مستقیم ثبت میشوند، در حالی که در PET پوزیترونها ثبت میشوند. به همین دلیل تصاویر SPECT وضوح کمتری نسبت به PET دارند، هرچند معمولاً هزینهٔ انجام آن کمتر است.[۱۰] SPECT در دههٔ ۱۹۵۰ توسط دیوید کول توسعه یافت. او همچنین در پایهگذاری مبانیای نقش داشت که بعدها به توسعهٔ PET انجامید.[۱۱]
مغناطیسنگاری مغزی
مغناطیسنگاری مغزی (MEG) روشی است برای شناسایی نواحی فعال در مغز از طریق آشکارسازی حرکت گروههای بزرگی از یونهای باردار الکتریکی درون سلولها.[۱۲] این روش در اوایل دههٔ ۱۹۷۰ توسط فیزیکدان دیوید کوهن بهعنوان روشی غیرتهاجمی توسعه یافت.[۱۳]
برای غیرتهاجمیبودن، دستگاه MEG به شکل یک کلاهخود بزرگ طراحی شد که بیمار سر خود را درون آن قرار میداد و دستگاه پس از روشنشدن، پالسهای الکترومغناطیسی ساطعشده از مغز را ثبت میکرد. اندکی بعد، در سال ۱۹۷۲، کوهن دستگاهی به نام SQUID (ابزار تداخل کوانتومی ابررسانا[ت]) را اختراع کرد که توانایی MEG را در شناسایی تغییرات بسیار کوچک در یونها و میدانهای مغناطیسی مغز فراهم ساخت.[۱۴]
سیتی اسکن با زنون
توموگرافی رایانهای با زنون یک روش نوین تصویربرداری است که جریان خون در نواحی مختلف مغز را نشان میدهد. در این اسکن، برای بررسی یکنواختی و کفایت جریان خون در تمام بخشهای مغز، بیمار گاز زنون را که بهعنوان یک ماده حاجب بهکار میرود، تنفس میکند تا نواحی با جریان خون زیاد یا کم آشکار شوند.
هرچند در جریان توسعهٔ توموگرافی رایانهای آزمایشها و اسکنهای آزمایشی فراوانی انجام شد، اما بنیانگذار اصلی این روش گادفری هاونسفیلد، مهندس زیستپزشکی بریتانیایی بود که نخستین سیتیاسکنر را در سال ۱۹۶۷ اختراع کرد و در سال ۱۹۷۹ جایزهٔ نوبل را بهخاطر این دستاورد دریافت نمود. با این حال، بهکارگیری این اسکنرها در ایالات متحده تا شش سال بعد، یعنی ۱۹۷۳، آغاز نشد. با وجود این، سیتیاسکنر پیش از آن نیز شهرت و محبوبیت چشمگیری یافته بود.
تصویربرداری تشدید مغناطیسی
اندکی پس از توسعهٔ اولیهٔ سیتیاسکن، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI یا اسکن MR) پدید آمد. در این روش، بهجای استفاده از پرتوهای یونساز یا اشعه ایکس، از تغییرات سیگنالهایی بهره گرفته میشود که پروتونهای بدن هنگام قرار گرفتن سر در یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد میکنند.
از جمله نامهای مرتبط با کاربردهای نخستین این روش در بدن انسان میتوان به جکسون (۱۹۶۸)، دامادیان (۱۹۷۲) و آبه و پل لاتر بر (۱۹۷۳) اشاره کرد. لاتر بر و سِر پیتر منسفیلد در سال ۲۰۰۳ بهخاطر کشفیاتشان در زمینهٔ MRI برندهٔ جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی شدند.
در آغاز، کاربردهای ساختاری MRI بیش از کاربردهای کارکردی از معرفی این روش سود بردند. در طول دههٔ ۱۹۸۰، پیشرفتهای فنی و کاربردهای تشخیصی MRI بهطور چشمگیری گسترش یافت و حتی پزشکان تازهکار نیز توانستند آسیبشناسیهای مغزی را تشخیص دهند که یک یا دو دهه پیش در فرد زنده غیرقابل مشاهده یا بسیار دشوار بودند.[۱۵]
- Sandrone Stefano; et al. (2014). "Weighing brain activity with the balance: Angelo Mosso's original manuscripts come to light". Brain. 137 (2): 621–633. doi:10.1093/brain/awt091. hdl:2318/141932. PMID 23687118.
- Beaumont, J. Graham. Introduction to Neuropsychology. New York: The Guilford Press, 1983. 314 pages.
- Changeux, Jean-Pierre. Neuronal Man: The Biology of Mind. New York: Oxford University Press, 1985. 348 pages.
- Donoghue, John P. "Connecting Cortex to Machines: Recent Advance in Brain Interfaces." Online at http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/neuro/journal/v5/n11s/full/nn947.html
- Hook, C. Christopher. "The Techno Sapiens are Coming." Online at www.Christianitytoday.com/ct/2004/001/1.36.html
- Jeeves, Malcolm. Mind Fields: Reflections on the Science of Mind and Brain. Grand Rapids, MI: Baker Books, 1994. 141 pages.
- Johnson, Keith A. "Neuroimaging Primer." Online at http://www.med.harvard.edu/AANLIB/hms1.html
- Leventon, Michael. "Transcranial Magnetic Stimulation." In association with MIT AI Lab. Online at http://www.ai.mit.edu/projects/medical-vision/surgery/tms.html
- Lister, Richard G. and Herbert J. Weingartner. Perspectives on Cognitive Neuroscience. New York: Oxford University Press, 1991. 508 pages.
- Mattson, James and Merrill Simon. The Pioneers of NMR and Magnetic Resonance in Medicine. United States: Dean Books Company, 1996. 838 pages.
- Nilsson, Lars-Goran and Hans J. Markowitsch. Cognitive Neuroscience of Memory. Seattle: Hogrefe & Huber Publishers, 1999. 307 pages.
- Norman, Donald A. Perspectives on Cognitive Science. New Jersey: Ablex Publishing Corporation, 1981. 303 pages.
- Potts G.; Gugino L.; Leventon M.E.; Grimson W.E.L; Kikinis R.; Cote W.; Alexander E.; Anderson J.; Ettinger G.J.; Aglio L.; Shenton M. (1998). "Visual Hemifield Mapping Using Transcranial Magnetic Stimulation Coregistered with Cortical Surfaces Derived from Magnetic Resonance Images". Journal of Clinical Neurophysiology. 15 (4): 344–350. doi:10.1097/00004691-199807000-00006. PMID 9736468. Archived from the original on 6 January 2001. Retrieved 17 December 2004.
- Preuss, Paul. "Detection at a Distance for More Sensitive MRI." Online at http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/MSD-remote-detection-MRI.html بایگانیشده در ۱۶ ژوئیه ۲۰۱۲ توسط Wayback Machine
- Rapp, Brenda. The Handbook of Cognitive Neuropsychology. Ann Arbor, MI: Psychology Press, 2001. 652 pages.
- Romain, Gabe. "Brain Imaging Breakthrough for Alzheimer s." Last edited 1/23/2004. Online at https://web.archive.org/web/20041208120231/http://www.betterhumans.com/News/news.aspx?articleID=2004-01-23-4
- Schulder, Michael. "Functional Image-Guided Surgery for Brain Tumors." Online at http://www.virtualtrials.com/Schulder.cfm
- Sheffield Hallam University, School of Science and Mathematics. "Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy." Online at http://www.shu.ac.uk/schools/sci/chem/tutorials/molspec/nmr1.htm بایگانیشده در ۹ دسامبر ۲۰۰۴ توسط Wayback Machine
- Shorey, Jamie. "Foundations of fMRI." Online at https://web.archive.org/web/20041209175202/http://www.ee.duke.edu/~jshorey/MRIHomepage/MRImain.html
- Swiercinsky, Dennis P. "Brain Forensics." Last edited 7/11/01. Online at https://web.archive.org/web/20041208062245/http://www.brainsource.com/brainforensics.htm
- Thompson, Paul. "UCLA Researchers Map Brain Growth in Four Dimensions, Revealing Stage-Specific Growth Patterns in Children." Online at https://web.archive.org/web/20041204085436/http://www.loni.ucla.edu/~thompson/MEDIA/press_release.html and https://web.archive.org/web/20041204083259/http://www.loni.ucla.edu/~thompson/JAY/Growth_REVISED.html
- Thompson, Paul M. "Bioinformatics and Brain Imaging: Recent Advances and Neuroscience Applications." Online at https://web.archive.org/web/20050118095748/http://www.loni.ucla.edu/~thompson/SFN2002/SFN2002coursePT_v4.pdf
- Zwillich, Todd. "Brain Scan Technology Poised to Play Policy Roll." Online at https://web.archive.org/web/20041204084542/http://www.loni.ucla.edu/~thompson/MEDIA/RH/rh.html
پانویس
- ↑ Angelo Mosso
- ↑ «تومور کلسیفیهشده» (Calcified tumor) به توده یا بافتی گفته میشود که در آن رسوبهای کلسیم شکل گرفتهاند. به زبان ساده: «تومور کلسیفیهشده» یعنی توموری که بخشی از آن شبیه استخوان یا آهک سفت شده است و همین ویژگی کمک میکند که در تصویربرداری راحتتر تشخیص داده شود.
- ↑ آنسفالوگرافی (Encephalography) هر یک از تکنیکهای مختلف برای ثبت ساختار یا فعالیت الکتریکی مغز.
- ↑ (superconducting quantum interference device)
منابع
- 1 2 "Weighing brain activity with the balance: Angelo Mosso's original manuscripts come to light". academic.oup.com. Retrieved 2023-10-11.
- ↑ Kolb, Bryan; Whishaw, Ian Q. (1980). "Fundamentals of Human Neuropsychology" (PDF). BrainMaster Technologies. Retrieved 2023-10-11.
- ↑ Lankford, Harvey V. (September 2015). "Dull Brains, Mountaineers, and Mosso: Hypoxic Words from on High". ResearchGate. Retrieved 2023-10-11.
- 1 2 "History of Neuroimaging | The American Society of Neuroimaging". www.asnweb.org. Retrieved 2023-10-04.
- ↑ Shorvon, Simon D. (March 2009). "A history of neuroimaging in epilepsy 1909–2009". Epilepsia (به انگلیسی). 50 (s3): 39–49. doi:10.1111/j.1528-1167.2009.02038.x. ISSN 0013-9580. PMID 19298431.
- ↑ Shorvon, Simon D. (March 2009). "A history of neuroimaging in epilepsy 1909–2009". Epilepsia (به انگلیسی). 50 (s3): 39–49. doi:10.1111/j.1528-1167.2009.02038.x. ISSN 0013-9580. PMID 19298431.
- ↑ Tan, Siang Yong; Yip, Angela (2014). "António Egas Moniz (1874–1955): Lobotomy pioneer and Nobel laureate". Singapore Medical Journal. 55 (4): 175–176. doi:10.11622/smedj.2014048. PMC 4291941. PMID 24763831.
- ↑ "Positron Emission Tomography (PET) - Health Encyclopedia - University of Rochester Medical Center". www.urmc.rochester.edu. Retrieved 2023-10-21.
- ↑ "Radiation in Biology and Medicine: Positron Emission Tomography". Chemistry LibreTexts (به انگلیسی). 2013-10-02. Retrieved 2023-10-21.
- ↑ "SPECT | Radiology | U of U School of Medicine". medicine.utah.edu (به انگلیسی). 2021-11-10. Retrieved 2023-10-21.
- ↑ Read "Advancing Nuclear Medicine Through Innovation" at NAP.edu (به انگلیسی). 2007. doi:10.17226/11985. ISBN 978-0-309-11067-9. PMID 20669430.
- ↑ Walla, Peter (2011-11-30), "Non-Conscious Brain Processes Revealed by Magnetoencephalography (MEG)", Magnetoencephalography, InTech, doi:10.5772/28211, hdl:1959.13/1050838, ISBN 978-953-307-255-5, retrieved 2023-10-06
- ↑ "The David Cohen MEG Laboratory" (به انگلیسی). Retrieved 2023-10-10.
- ↑ kle (2014-09-08). "MEG matters". MIT McGovern Institute (به انگلیسی). Retrieved 2023-10-06.
- ↑ Filler AG (2009). "The history, development, and impact of computed imaging in neurological diagnosis and neurosurgery: CT, MRI, DTI". Nature Precedings. doi:10.1038/npre.2009.3267.4.