كيف يُشير الدماغ إلى التعب: ديناميكيات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أثناء النوم

أظهرت دراسة أجراها فريق البروفيسور II Gaez في جامعة جنوب كاليفورنيا (USC)، ونشرت في iScience ، علامات تصوير عصبي موضوعية جديدة يمكنها اكتشاف بداية النعاس في مرحلة مبكرة - قبل أن ينام الشخص بشكل كامل.

المهمة والأهمية

يؤدي النوم القصير وفقدان الانتباه اللحظي إلى مئات حوادث المرور والإصابات الصناعية. حتى الآن، كان من الصعب التنبؤ بالوقت الدقيق للنوم باستخدام استبيانات شخصية أو تخطيط كهربية الدماغ. في هذه الدراسة، بحث الباحثون في إمكانية الكشف عن بداية فترة بدء النوم (SOP) من خلال تغيرات إشارة BOLD في التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.

لماذا هذا مهم؟

• التشخيص المبكر للإرهاق. يساعد تحديد خرائط عصبية دقيقة على تطوير أساليب لمراقبة السائقين والعاملين، ومنع الحوادث الناجمة عن النوم المحدود.
• أبحاث النوم. قد تُصبح ديناميكيات تذبذبات BOLD البطيئة مؤشرًا حيويًا موضوعيًا لبداية أعراض اضطرابات النوم، مُكمِّلةً للاختبارات النفسية والكهربائية الفيزيولوجية.
• التعديل العصبي: إن استهداف المهاد أو شبكات الانتباه بالتحفيز العصبي قد يؤدي إلى إطالة اليقظة في المواقف الحرجة دون الحاجة إلى استخدام الأدوية.

لقد أظهرنا لأول مرة أن الانتقال إلى النعاس مصحوب بتحولات واضحة وقابلة للتكرار في التقلبات البطيئة لإشارة BOLD، كما علق II Gaez. "هذا يفتح الطريق أمام مراقبة موضوعية للإرهاق بالاعتماد على التصوير العصبي."

التصميم التجريبي

1. عدد المتطوعين: 20 مشاركًا يتمتعون بصحة جيدة (10 ذكور/10 إناث، تتراوح أعمارهم بين 22 و35 عامًا) دون اضطرابات في النوم.
2. النوم في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي: استلقى المشاركون وأعينهم مغلقة وتم السماح لهم بالنوم بحرية مع تشغيل جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي للضوضاء في الخلفية (80 ديسيبل).
   • تخطيط كهربية الدماغ (الأقطاب الكهربائية الخاصة في الماسح الضوئي)،
   • EOM (سعة حركة العين)،
   • كاميرا مراقبة الجفن.
3. تعريف SOP: عن طريق الجمع بين الجفون نصف المغلقة، وإبطاء إيقاعات تخطيط كهربية الدماغ، ولأول مرة، عن طريق التغييرات في معلمات BOLD.

تحليل مفصل لإشارة BOLD

• التقلبات ذات التردد المنخفض (0.03–0.07 هرتز): في المراحل المبكرة من SOP، زادت سعة هذه التذبذبات بنسبة 30–50% في
  • المهاد (تنسيق اليقظة)،
  • القشرة القذالية (المعالجة البصرية)،
  • عقد شبكة الوضع الافتراضي (DMN): القشرة الجبهية الأمامية الوسطى والقشرة المركزية للدماغ.
• الاتصال الوظيفي:
  • المهاد ↔ القشرة الجبهية: زادت بنسبة 20%، مما يشير إلى زيادة "ترجمة" إشارات النوم إلى القشرة.
  • شبكة الانتباه (DAN): انخفضت الاتصالات بين الفص الجداري والفص الجبهي بنسبة 15٪، مما يعكس ضعف التوجه الخارجي.

الارتباط بالتعب

• الفروق الفردية: أظهر المشاركون الذين ينامون لمدة أقل من 24 ساعة (<6 ساعات) زيادة مبكرة وأكثر وضوحًا في التذبذبات منخفضة التردد.
• البيانات السلوكية: تزامنت العلامات الأولى للنوم الجزئي (الاستجابة المتأخرة لمهمة بصرية بسيطة في التصوير بالرنين المغناطيسي) مع ذروة سعة محور BOLD بين المهاد وشبكة الوضع الافتراضي.

التطبيقات الممكنة

1. مراقبة السائق والمشغل: نقل نتائج التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي إلى أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أو تخطيط كهربية الدماغ المحمولة للتحذير المبكر من التعب.
2. جداول العمل المخصصة: مع الأخذ بعين الاعتبار "عتبة" الإجراءات التشغيلية القياسية الفردية عند التخطيط للتحولات والراحة، مما يقلل من الحوادث.
3. العلاج بالنوم: اختبار تأثير الكافيين، والقيلولة القصيرة، والتنظيم العصبي (التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة) على إبطاء تحولات BOLD.

اقتباسات المؤلفين

يُعلّق البروفيسور جايز قائلاً: "لقد أظهرنا لأول مرة كيف تُنبئ تذبذبات BOLD البطيئة في المهاد والقشرة ببدء النوم. وهذا يُمهّد الطريق لتطوير "عيون فسيولوجية" موضوعية لمراقبة اليقظة".

ويضيف الدكتور لي جينغ، المؤلف المشارك في الدراسة: "تتيح لنا نتائجنا إعادة النظر في إدارة التعب: لم يعد كافياً أن نسأل: كيف نمت؟ - نحن بحاجة إلى أن نكون قادرين على "رؤية" الدماغ".

ويسلط المؤلفون الضوء على النقاط الرئيسية التالية:

• الموثوقية العصبية للعلامات
  "إن الزيادة في التقلبات منخفضة التردد لإشارة BOLD في المهاد وشبكة الوضع السلبي ترتبط بوضوح بالعلامات الموضوعية للنعاس (إغلاق الجفن، تباطؤ تخطيط كهربية العين)، - يلاحظ II Gaez. - وهذا يثبت أن SOP يمكن "رؤيته" ليس فقط من خلال السلوك، ولكن أيضًا بشكل مباشر من خلال نشاط الدماغ."

• الفروق الفردية
  : "وجدنا أن الأشخاص الذين يعانون من حرمان مزمن من النوم أظهروا تحولات جريئة أبكر وأكثر وضوحًا"، يقول الدكتور لي. "هذا يفتح المجال لتخصيص استراتيجيات مكافحة التعب: قد يحتاج البعض إلى "نوم قصير" أكثر تكرارًا، بينما قد يحتاج آخرون إلى العلاج بالضوء أو التحفيز العصبي".

• ويضيف
  البروفيسور مارتينيز: "الخطوة التالية هي تكييف هذه العلامات مع التقنيات المحمولة (fNCD، وقبعات تخطيط كهربية الدماغ الجافة) لمراقبة اليقظة في الوقت الحقيقي لدى السائقين والعاملين".

• المنظورات السريرية
  "قد تساعد التغييرات التي تم العثور عليها أيضًا في تشخيص اضطرابات النوم: الأرق وانقطاع النفس والنوم القهري لها تأثيرات مختلفة على المرحلة المبكرة من SOP، وسيساعد مؤشر BOLD في التمييز بين هذه الحالات"، كما خلص الدكتور سينغ.

يمهد هذا البحث الطريق أمام تطوير تقنيات عصبية للوقاية من الحوادث والإصابات تعتمد على علامات فردية وفي الوقت الفعلي لبدء النعاس، ويعد بجعل الطرق والمواقع الصناعية أكثر أمانًا.