Νέα έρευνα έδωσε μια ακριβή εικόνα του αναπτυσσόμενου εγκεφάλου των μικρών παιδιών, χρησιμοποιώντας έναν φορητό σαρωτή εγκεφάλου για να χαρτογραφήσει την ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου. Η εργασία ανοίγει νέες δυνατότητες για την παρακολούθηση του τρόπου με τον οποίο κρίσιμα αναπτυξιακά ορόσημα, όπως το περπάτημα και η ομιλία, υποστηρίζονται από την αλλαγή της λειτουργίας του εγκεφάλου και πώς εμφανίζονται νευροαναπτυξιακές καταστάσεις όπως ο αυτισμός.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής επιστήμονες από τη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Νότιγχαμ, χρησιμοποίησε ένα νέο σχέδιο σαρωτή μαγνητοεγκεφαλογραφίας (MEG) για να μετρήσει την ηλεκτροφυσιολογία του εγκεφάλου σε παιδιά ηλικίας έως δύο ετών. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο eLife.
Τα εγκεφαλικά κύτταρα λειτουργούν και επικοινωνούν παράγοντας ηλεκτρικά ρεύματα. Αυτά τα ρεύματα δημιουργούν μικροσκοπικά μαγνητικά πεδία που μπορούν να ανιχνευθούν έξω από το κεφάλι. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το νέο τους σύστημα για να μετρήσουν αυτά τα πεδία και μαθηματική μοντελοποίηση για να μετατρέψουν αυτά τα πεδία σε εικόνες υψηλής πιστότητας που δείχνουν, χιλιοστά του δευτερολέπτου προς χιλιοστό του δευτερολέπτου, ποια μέρη του εγκεφάλου εμπλέκονται όταν αναλαμβάνουμε εργασίες.
Ο φορητός σαρωτής εγκεφάλου βασίζεται στην κβαντική τεχνολογία και χρησιμοποιεί αισθητήρες μεγέθους τούβλου LEGO – που ονομάζονται μαγνητόμετρα οπτικής αντλίας (OPMs) – οι οποίοι ενσωματώνονται σε ένα ελαφρύ κράνος για τη μέτρηση των πεδίων που δημιουργούνται από την εγκεφαλική δραστηριότητα. Ο μοναδικός σχεδιασμός σημαίνει ότι το σύστημα μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να ταιριάζει σε κάθε ηλικιακή ομάδα, από νήπια έως ενήλικες. Οι αισθητήρες μπορούν να τοποθετηθούν πολύ πιο κοντά στο κεφάλι, βελτιώνοντας την ποιότητα των δεδομένων. Το σύστημα επιτρέπει επίσης στους ανθρώπους να κινούνται ενώ το φοράνε, καθιστώντας το ιδανικό για τη σάρωση παιδιών που δυσκολεύονται να παραμείνουν ακίνητα σε συμβατικούς σαρωτές.
Συνολικά, 27 παιδιά (ηλικίας 2-13 ετών) και 26 ενήλικες (ηλικίας 21-34 ετών) συμμετείχαν στη μελέτη, η οποία εξέτασε ένα θεμελιώδες στοιχείο της εγκεφαλικής λειτουργίας που ονομάζονται νευρικές ταλαντώσεις (εγκεφαλικά κύματα). Διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου είναι υπεύθυνες για διαφορετικές πτυχές της συμπεριφοράς και οι νευρικές ταλαντώσεις προάγουν την επικοινωνία μεταξύ αυτών των περιοχών. Η ερευνητική ομάδα μέτρησε πώς αλλάζει αυτή η συνδεσιμότητα καθώς μεγαλώνουμε και πώς ο εγκέφαλός μας χρησιμοποιεί σύντομες, σημειακές εκρήξεις ηλεκτροφυσιολογικής δραστηριότητας για να αναστέλλει δίκτυα περιοχών του εγκεφάλου και, κατά συνέπεια, να ελέγξει πώς παρακολουθούμε τα εισερχόμενα αισθητήρια ερεθίσματα.
Η εργασία έγινε από κοινού από τον Δρ Λούκας Ρίερ και τη Δρ Νάταλι Ρόουντς από τη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Νότιγχαμ. Ο Δρ Rier είπε, “Το φορητό σύστημα έχει ανοίξει νέες ευκαιρίες για τη μελέτη και την κατανόηση του εγκεφάλου των παιδιών σε πολύ μικρότερες ηλικίες από ό, τι ήταν προηγουμένως δυνατό με το MEG. Υπάρχουν σημαντικοί λόγοι για να μετακινηθείτε σε νεότερους συμμετέχοντες: από νευροεπιστημονική άποψη, πολλά κρίσιμα ορόσημα στην Η ανάπτυξη συμβαίνει τα πρώτα χρόνια (ακόμη και μήνες) της ζωής, εάν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την τεχνολογία μας για να μετρήσουμε τις δραστηριότητες του εγκεφάλου που στηρίζουν αυτά τα αναπτυξιακά ορόσημα, αυτό θα προσφέρει μια νέα κατανόηση της λειτουργίας του εγκεφάλου».
Ο Δρ. Rhodes ήταν προπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Nottingham στη Φυσική και μεταπτυχιακός φοιτητής όταν πραγματοποιήθηκε η εργασία. Τώρα έχει μετακομίσει σε μεταδιδακτορική θέση στο Τορόντο και εξηγεί, “Αυτή η μελέτη είναι η πρώτη του είδους της που χρησιμοποιεί τεχνολογία wearable MEG και παρέχει μια πλατφόρμα για την έναρξη νέας κλινικής έρευνας στις παιδικές διαταραχές. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να αρχίσουμε να εξερευνούμε όχι μόνο υγιής ανάπτυξη του εγκεφάλου, αλλά και τα νευρικά υποστρώματα που αποτελούν τη βάση της άτυπης ανάπτυξης στα παιδιά».
Η νευροεπιστήμονας Δρ. Margot Taylor – επίσης συγγραφέας στην εργασία – ηγείται της έρευνας για τον αυτισμό στο Τορόντο. Είπε, “Η εργασία μας είναι αφιερωμένη στη μελέτη της λειτουργίας του εγκεφάλου σε μικρά παιδιά με και χωρίς αυτισμό. Αυτή η μελέτη είναι η πρώτη που δείχνει ότι μπορούμε να παρακολουθούμε την ανάπτυξη του εγκεφάλου από πολύ μικρή ηλικία. Αυτό είναι εξαιρετικά συναρπαστικό για πιθανή μετάφραση σε κλινική έρευνα και μια τέτοια εργασία μας βοηθά να κατανοήσουμε πώς αναπτύσσεται ο αυτισμός».
Το φορετό σύστημα έχει εγκατασταθεί σε πολλά ερευνητικά ιδρύματα υψηλού προφίλ σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένου του νοσοκομείου SickKids στο Τορόντο. Οι ερευνητικές ομάδες και στα δύο ιδρύματα συνεργάζονται τώρα για να επεκτείνουν τον όγκο των νευροαναπτυξιακών δεδομένων τόσο για την υγιή όσο και για την άτυπη εγκεφαλική λειτουργία.