نوشته شده توسط جنیفر میچالوفسکی، مؤسسه مک‌گاورن برای پژوهش‌های مغزی
پژوهشگران MIT دریافتند که روش MRI دیانا (DIANA)، که در ابتدا ادعا می‌شد قادر به شناسایی مستقیم فعالیت عصبی است، در واقع سیگنال‌هایی را از فرآیند تصویربرداری خود تولید می‌کند، نه از فعالیت مغزی. آزمایش‌ها نشان دادند که این سیگنال‌ها در واقع اختلالاتی ناشی از تنظیمات سیستم تصویربرداری هستند. این یافته‌ها کارایی این روش را زیر سؤال برده و نگرانی‌هایی را درباره مورد اعتماد بودن آن در تحقیقات علوم اعصاب ایجاد کرده است.
دیانا(DIANA) چیست؟
دیانا به‌عنوان روشی انقلابی برای تصویربرداری از فعالیت‌های مغزی معرفی شد که ادعا می‌کرد دقتی فراتر از fMRI سنتی (تصویربرداری تشدید مغناطیسی کارکردی) ارائه میدهد. این فناوری مدعی بود که به‌جای استفاده از شاخص‌های ثانویه مانند جریان خون، فعالیت عصبی را به‌طور مستقیم ثبت کرده و می‌تواند این فعالیت را به تفاسیر معناداری، از جمله افکار و نیات، ترجمه کند.
ام آی تی(MIT): مخفف “مؤسسه فناوری ماساچوست”(Massachusetts Institute of Technology) است. این دانشگاه تحقیقاتی معتبر و خصوصی در کمبریج، ماساچوست است که در سال 1861 تأسیس شده است. MIT شامل پنج دانشکده است: معماری و برنامه‌ریزی، مهندسی، علوم انسانی و هنر، مدیریت، و علوم. این مؤسسه تأثیر زیادی در زمینه‌های مختلف علمی و فناوری داشته و هدف آن ایجاد دنیای بهتر از طریق آموزش، تحقیق و نوآوری است.
“یک مطالعه جدید در MIT کارایی روش جدید MRI به نام DIANA را که ابتدا تصور می‌شد قادر به شناسایی مستقیم فعالیت عصبی است، رد کرده است.
در عوض، مشخص شد سیگنال‌های شناسایی‌شده، اختلالاتی هستند که توسط خود فرآیند تصویربرداری ایجاد می‌شوند. این موضوع پیچیدگی‌ها و چالش‌های موجود در توسعه تکنیک‌های دقیق تصویربرداری عصبی را برجسته می‌کند.”
دانشمندان مؤسسه مک‌گاورن برای پژوهش‌های مغزی در MIT اعلام کرده‌اند که روش جدید تصویربرداری مغز با استفاده از MRI، همانطور که در ابتدا گفته شده بود، به طور مستقیم فعالیت عصبی را شناسایی نمی‌کند.
این روش که نخستین بار در سال ۲۰۲۲ معرفی شد، در جامعه علوم اعصاب هیجان زیادی به پا کرد و به عنوان رویکردی تحول‌آفرین مطرح شد. با این حال، تحقیقی از آزمایشگاه پروفسور آلن جاسانوف در MIT که در نشریه Science Advances منتشر شده، نشان میدهد که سیگنال‌های تولیدشده توسط این روش جدید عمدتاً از فرآیند تصویربرداری خود دستگاه ناشی می‌شوند، نه از فعالیت نورونی.
“پ.ن: Science Advances یک مجله علمی با ارزیابی دقیق است که توسط انجمن پیشبرد علوم آمریکا (AAAS) تأسیس شده است. این مجله به عنوان یک پلتفرم دسترسی آزاد عمل می‌کند و تحقیقاتی با کیفیت بالا را در تمام طیف‌های علم و رشته‌های مرتبط با علم منتشر می‌کند. این مجله در سال ۲۰۱۵ راه‌اندازی شد و هدف آن انتشار تحقیقات مهم و نوآورانه‌ای است که مرزهای علم را پیش میبرد و دسترسی مخاطبان جهانی به علوم تاثیر گذار را افزایش میدهد”Science Advances” طیف وسیعی از موضوعات را پوشش میدهد که شامل، زیست‌شناسی، فیزیک، شیمی، علوم محیط‌زیست و علوم اجتماعی میشود اما فقط محدود به این رشته ها نیست. ازین رو این مجله یک نشریه چندرشته‌ای محسوب میشود.”
واقعیت اسکن تصویربرداری عملکردی مغز (fMRI)
جاسانوف، استاد مهندسی زیستی، علوم اعصاب و شناختی، و علوم و مهندسی هسته‌ای، همچنین محقق همکار موسسه مک‌گاورن، توضیح میدهد که داشتن روشی غیرتهاجمی برای مشاهده فعالیت نورونی در مغز، هدفی دیرینه برای دانشمندان علوم اعصاب بوده است. روش‌های تصویربرداری fMRI که محققان امروزه برای نظارت بر فعالیت مغز استفاده می‌کنند، در واقع سیگنال‌های عصبی را شناسایی نمی‌کنند. در عوض، آنها از تغییرات جریان خون که به‌وسیله‌ی فعالیت مغزی تحریک میشود به عنوان معیاری استفاده می‌کنند. این روش‌ها نشان می‌دهند که کدام بخش‌های مغز در هنگام تصویربرداری فعال هستند، اما نمی‌توانند فعالیت نورونی را به مکان‌های دقیق شناسایی کنند. همچنین، این روش‌ها به‌قدری کند هستند که قادر به پیگیری ارتباطات سریع نورون‌ها نیستند.
بنابراین، زمانی که تیمی از دانشمندان در سال ۲۰۲۲ یک روش MRI جدید به نام DIANA (تصویربرداری مستقیم فعالیت نورونی) را گزارش کردند، دانشمندان علوم اعصاب توجه زیادی به این موضوع کردند. نویسندگان ادعا کردند که DIANA سیگنال‌های MRI در مغز را شناسایی می‌کند که با سیگنال‌های الکتریکی نورون‌ها مطابقت دارد و این سیگنال‌ها بسیار سریع‌تر از روش‌های فعلی برای تصویربرداری عملکردی مغز به‌دست می‌آید.
جاسانوف می‌گوید: “همه خواهان این هستند. اگر می‌توانستیم کل مغز را مشاهده کنیم و فعالیت آن را با دقت میلی‌ثانیه‌ای دنبال کنیم و بدانیم که تمام سیگنال‌هایی که می‌بینیم مربوط به فعالیت سلولی است، این واقعاً فوق‌العاده خواهد بود. این می‌تواند به ما اطلاعات زیادی در مورد نحوه عملکرد مغز و آنچه باعث بروز بیماری‌ها میشود بدهد.”
دو ردیف از اسکن‌های مغزی با استفاده از MRI: ردیف بالایی یک سری زمانی را نشان میدهد که یک اختلال MRI تولید شده توسط روش DIANA را نشان میدهد؛ ردیف پایینی یک سری زمانی است که نتیجه واقعی (منفی) را نشان میدهد. خط صورتی در مرکز با فعالیت نشان داده شده در ردیف بالایی مطابقت دارد و منعکس‌کننده اختلالی است که توسط فرآیند تصویربرداری خود تولید شده است، نه فعالیت عصبی. منبع: آلن جاسانوف
آزمایش با DIANA
جاسانوف اضافه می‌کند که از گزارش اولیه، مشخص نبود که DIANA دقیقاً چه تغییراتی در مغز را شناسایی می‌کند تا چنین گزارش سریعی از فعالیت عصبی ایجاد کند. کنجکاو، او و تیمش شروع به آزمایش با این روش کردند. “ما می‌خواستیم آن را بازتولید کنیم و می‌خواستیم بفهمیم چگونه کار می‌کند”، او می‌گوید.
با بازسازی روش MRI که توسط توسعه‌دهندگان DIANA گزارش شده بود، والری دان فای وان، پسادکترای جاسانوف، مغز یک موش را زمانی که یک محرک الکتریکی به یکی از پنجه‌ها وارد می‌شد، تصویربرداری کرد. فای وان می‌گوید که از دیدن سیگنال MRI در قشر حسی مغز هیجان‌زده شد، زیرا سیگنال دقیقاً زمانی و در همان جایی که انتظار می‌رفت نورون‌ها به احساس وارد شده در پنجه پاسخ دهند، ظاهر شد. “من توانستم آن را بازتولید کنم”، او می‌گوید. “من سیگنال را دیدم.”
اما پس از آزمایش‌های بیشتر با سیستم، هیجان او کاهش یافت. برای بررسی منبع سیگنال، او دستگاهی را که برای تحریک پنجه حیوان استفاده می‌شد قطع کرد و دوباره تصویربرداری را تکرار کرد. این بار، سیگنال‌هایی در قسمت پردازش حسی مغز ظاهر شد، اما هیچ دلیل واقعی برای فعال شدن نورون‌ها در آن منطقه وجود نداشت. در حقیقت، فای وان متوجه شد که MRI همان نوع سیگنال‌ها را زمانی که حیوان داخل اسکنر با لوله‌ای از آب جایگزین شد، تولید کرد. این امر نشان داد که سیگنال‌های عملکردی DIANA از فعالیت عصبی ناشی نمی‌شوند.
کشف منبع خطا
فای وان منبع سیگنال‌های گمراه‌کننده را به برنامه پالس هدایت‌کننده فرآیند تصویربرداری DIANA نسبت داد که ترتیب مراحل جمع‌آوری داده‌ها توسط اسکنر MRI را تعیین می‌کند. در داخل برنامه پالس DIANA، یک تحریک برای دستگاهی وجود داشت که ورودی حسی به حیوان داخل اسکنر میدهد. این تحریک دو فرآیند را هم‌زمان می‌کند تا تحریک در لحظه دقیق هنگام جمع‌آوری داده‌ها رخ دهد. این تحریک به نظر می‌رسید که سیگنال‌هایی تولید می‌کند که توسعه‌دهندگان DIANA آنها را به عنوان نشانگر فعالیت عصبی تلقی کرده بودند.
پ.ن: برنامه پالس مجموعه‌ای از دستورات است که به اسکنر MRI می‌گوید چگونه و چه زمانی داده‌ها را جمع‌آوری کند. در این حالت، برنامه پالس به گونه‌ای طراحی شده بود که دستگاهی که ورودی حسی (مثل تحریک لمس) به حیوان وارد می‌کند، هم‌زمان با اسکن مغز سیگنال‌هایی ارسال کند. به عبارت دیگر، این دو فرآیند (تصویربرداری مغز و تحریک حسی) به طور دقیق هم‌زمان می‌شدند.
مشکل اینجاست که این هم‌زمانی، باعث ایجاد سیگنال‌هایی می‌شد که ظاهراً از فعالیت عصبی ناشی می‌شد، اما در واقع این سیگنال‌ها مربوط به فرآیند تصویربرداری و هم‌زمانی آن با تحریک حسی بودند و هیچ ارتباطی با فعالیت واقعی سلول‌های عصبی نداشتند. در نتیجه، این سیگنال‌ها به اشتباه به عنوان نماینده فعالیت عصبی تفسیر شده بودند.
آلن جاسانوف، محقق همکار در مؤسسه مک‌گاورن و استاد مهندسی زیستی، علوم مغز و شناختی، و علوم هسته‌ای و مهندسی در MIT است. منبع: استف استیونز
رفرنس: https://scitechdaily.com/diana-debunked-by-mit-the-mri-that-couldnt-read-minds/