داخل المنطوق المهام السلوكية في البشر استيقظ يخضع للجراحة تحفيز الدماغ العميق

توفر جراحة التحفيز العميق للدماغ فرصة لفحص المعلومات والتشفير في الدماغ البشري وهو في حالة يقظة، وذلك عن طريق إجراء تسجيلات بالأقطاب الكهربائية الدقيقة لخاضع للتجربة يقوم بمهام سلوكية. في هذا المثال، يتم تدريب الأشخاص أولاً على لعب لعبة بطاقات بسيطة على الكمبيوتر تتضمن المخاطرة والمكافأة. بعد ذلك، يتم تجهيز الشخص لجراحة التحفيز العميق للدماغ، وتُدرج الأقطاب الكهربائية الدقيقة في المنطقة المستهدفة من الدماغ.

في هذه الحالة، يتم تسجيل الإشارات العصبية للنواة تحت المهادية (STN) بينما يكرر الشخص الخاضع للتجربة لعبة الورق. وتوضح البيانات التي تم جمعها دور المخاطرة والمكافأة في الترميز العصبي داخل الـ STN.

على الرغم من أن أهداف التجربة قد تختلف باختلاف النواة المستهدفة بالجراحة. ففي البداية، كان يُستخدم التحفيز العميق للدماغ (DVS) بشكل أساسي للاضطرابات الحركية مثل الرعاش الأساسي، ومرض باركنسون، وخلل التوتر العضلي. وفي الآونة الأخيرة، أصبح يُستخدم للبحث في علاجات الاكتئاب والوسواس القهري.

لذلك، تتضمن هذه المهمة مكوناً حركياً وآخر مرتبطاً بالمكافأة، وقد قمنا بالتسجيل في النواة تحت المهادية، والتي تقع عند نقطة التلاقي بين الأنظمة الحركية والجهاز الحوفي في الدماغ. هذه المريضة سيدة تبلغ من العمر 62 عاماً، وهي لطيفة للغاية.

تعاني المريضة من مرض باركنسون منذ حوالي 10 سنوات. وتظهر عليها السمات الكلاسيكية لمرض باركنسون، حيث تعاني من الرعاش، والتيبس، وبطء الحركة. وقد استجابت في البداية بشكل جيد للأدوية، وهي علامة جيدة لأنها تؤكد لنا أن الحالة هي مرض باركنسون الحقيقي.

ولكن كما يحدث في حالات كثيرة، تصبح الأدوية بمرور الوقت أقل فعالية. وبشكل أساسي، تصبح المريضة في حالة من "الهشاشة" بحيث تظهر عليها أعراض شديدة جداً لمرض Parkinson's disease عندما تتوقف عن تناول دوائها؛ حيث تعاني من الرعاش والتصلب والبطء في الحركة.

وبعد ذلك، عندما تتناول أدويتها، تصاب بنوع مختلف من اضطرابات الحركة يسمى dyskinesia، حيث تتحرك بشكل مفرط ولم يعد هناك وضع متوسط ومستقر. لذا، يكون هذا هو الوقت الذي تصبح فيه الجراحة تدخلاً مفيداً، لأنها تقضي فعلياً على تلك التقلبات الحادة بين فترات التصلب والتحرك (on-off fluctuations) وتجعل حالة المرضى مستقرة تماماً. وبشكل أساسي، يكونون في أفضل حالة ممكنة قد يصلون إليها باستخدام أدويتهم.

هذا هو الهدف من الجراحة. وبالنسبة للجراحة نفسها، فنحن نستهدف جزأين من الدماغ متاحين من الناحية المحتملة؛ أحدهما يسمى النواة تحت المهادية.

هذا ما قمنا به اليوم. ويُطلق على أحدهما اسم globus palus internist. وكلاهما فعالان بشكل متساوٍ تقريباً.

أما عن الطريقة التي نستهدفهم بها فهي عبر استخدام مجموعة من الوسائل؛ حيث نقوم بذلك بالتوجيه التجسيمي باستخدام التصوير المقطعي المحوسب CT والتصوير بالرنين المغناطيسي MRI، كما نستهدفهم فسيولوجياً عن طريق إجراء تسجيلات بالأقطاب الكهربائية الدقيقة.

وتلك الأمور مهمة للغاية لأنها تحدد لنا، كما تعلمون، وبمستوى عالٍ جداً من الدقة المكانية، حدود النواة، والحدود العلوية والسفلية، وليس ذلك فحسب، بل لضمان تواجدنا في الجزء الحركي من النواة. وأخيراً، عندما نضع القطب الكهربائي الدائم، نقوم بالتحفيز من خلاله مرة أخرى للتأكد من أننا في المكان الصحيح. لذا، فنحن نقوم بكل هذه الإجراءات في جميع الأحوال من أجل علاج المريض.

وبما أننا نقوم بتسجيلات الأقطاب الكهربائية الدقيقة على أي حال، فإن هذا يمنحنا فرصة زمنية بينما تكون هذه الأقطاب في مكانها. إنها فرصة نادرة لدراسة النشاط العصبي في الدماغ البشري، وهو أمر لا يمكن القيام به في ظروف أخرى. ولكن بما أننا نجري هذه التسجيلات بالفعل والأقطاب موجودة مسبقاً، فإننا نخصص 20 إلى 30 دقيقة إضافية لإجراء التجارب التي تهمنا.

وعادةً ما تكون هذه تجارب تتعلق بالتحكم الحركي أو اتخاذ القرار أو التعلم أو التحفيز، وما شابه ذلك. وتتضمن جميعها تقريبًا شاشة فيديو ومهمة بسيطة يؤديها الخاضع للتجربة، سواء كانت تحريك عصا تحكم أو الضغط على زر، أو ما شابه. وتُجرى تسجيلات الأقطاب الكهربائية الدقيقة بشكل روتيني أثناء جراحة DBS، مما يوفر فرصة فريدة للباحثين لتسجيل أنماط إطلاق الخلايا العصبية الفردية بينما يؤدي الخاضع للتجربة مهمة سلوكية.

كجزء من جراحة التحفيز العميق للدماغ (DBS) لمرض باركنسون، يتم إدخال المرضى إلى المستشفى قبل يوم واحد من الجراحة. وتوفر هذه الفترة فرصة لتدريب المريض على المهمة السلوكية قبل العملية، وهو ما يثبت فائدته الكبيرة عندما تكون المهمة السلوكية صعبة من الناحية المعرفية.

في يوم الجراحة، يتم إعداد جهاز سلوكي محمول للخاضع للتجربة في حال تم تدريبه في الليلة السابقة للجراحة؛ حيث يتم تجهيز الجهاز بنفس المهمة السلوكية تماماً، والتي يُطلب من الخاضع للتجربة أداؤها أثناء العملية الجراحية. في هذا المثال، يُطلب من الخاضع للتجربة لعب لعبة ورقية تشبه لعبة "الحرب" (war). في هذه اللعبة، يراهن الخاضع للتجربة إما بـ 20 أو 5 على ما إذا كانت ورقته أعلى من ورقة الكمبيوتر.

الهدف من هذه المهمة هو تقييم دور المكافأة والمخاطرة في الترميز العصبي داخل نواة عينية كوسيلة لتقليل التركيبات المحتملة والمتغيرات المربكة الناتجة عن ذلك. تُستخدم فقط البطاقات ذات الأرقام الزوجية من نوع واحد في كل تجربة. يرى الخاضع للتجربة أولاً شاشة تعرض بطاقته التي وُزعت عشوائياً وظهـر بطاقة الكمبيوتر المجهولة.

تظهر الشاشة بعد ذلك خيارين للمراهنة، 5 و20، بناءً على القوة النسبية لبطاقته أو بطاقتها. يحدد المشارك قيمة المراهنة بالضغط على زر، وبعد ذلك تعرض الشاشة بطاقته أو بطاقتها وبطاقة الكمبيوتر التي تم الكشف عنها. وتوضح الشاشة النهائية صراحةً المبلغ الذي تم ربحه أو خسارته.

يُسمح للخاضع للتجربة بلعب اللعبة حتى يستوعب القواعد تماماً ويتمكن من الأداء بمستوى مريح. والآن، لنلقِ نظرة على التجهيزات التجريبية أثناء العملية الجراحية في اليوم التالي للتدريب. بمجرد وضع الخاضع للتجربة على طاولة الجراحة، قم بإحضار الجهاز الذي يحتوي على معدات الحصول على البيانات السلوكية ومعالجة الإشارات إلى غرفة العمليات.

يجب أن يراعي وضع منصة التثبيت سير العمل المعتاد ومسائل التعقيم المتعلقة ببيئة غرفة العمليات. وبما أن مكونات هذه المنصات يتم تجميعها وتفكيكها في كل جلسة تسجيل، فمن الضروري التحقق من جميع توصيلات المعدات. لذا، عند توصيل كل مكون بنظام الحصول على البيانات، تحقق أولاً من سلامة البيانات عند بدء التشغيل الأول، ومن معدات الحصول على البيانات ومعالجة الإشارات.

قم بتوصيل مخرجات منصة معالجة الإشارات بمدخلات منصة الاستحواذ. في هذه الدراسة، يتم استحواذ ثلاث قنوات من جهد الفعل خارج الخلوي، والتي تقابل ثلاثة أقطاب كهربائية موجهة بشكل متوازٍ يتم إدخالها في دماغ الخاضع للدراسة أثناء الجراحة. قم بتشغيل المضخمات واحدًا تلو الآخر للتأكد من أن نظام الاستحواذ يقوم باستقبال الإشارات.

باستخدام محول مناسب، قم بتثبيت الشاشة على طاولة غرفة العمليات في وضعية رؤية مريحة. تأكد من وضع يد الشخص الخاضع للتجربة بشكل مريح لتشغيل جهاز الإدخال المستخدم أثناء المهمة. الآن، قم بتشغيل النظام السلوكي وتأكد من أن علامات الأحداث السلوكية يتم التقاطها بواسطة منصة الاستحواذ.

ابدأ المهمة السلوكية واسمح للمبحوث بإجراء بضع محاولات من المهمة خلال هذا الوقت. تأكد من أن نظام الاستحواذ يسجل مدخلات صندوق الأزرار والعلامات السلوكية التي يولدها جهاز التجهيز السلوكي مع إعداد التجارب وجاهزيتها للتنفيذ. لنرَ الآن كيف يتم عزل عصبونات STN جراحيًا.

تتمثل أهداف الجراحة في وضع أقطاب التحفيز العميق للدماغ (DBS) المزمنة في المنطقة الحركية من النواة تحت المهادية (STN). ويتم تحقيق التحديد الموضعي من خلال دمج التصوير التجسيمي والتسجيلات الفيزيولوجية العصبية في مستشفى ماساتشوستس العام. يتم تركيب إطار Cosman Roberts Wells التجسيمي وقفص العلامات المرجعية، ويتم إجراء تصوير مقطعي محوسب (CT) للرأس.

يتم دمج التصوير المقطعي المحوسب (CT) الذي يحتوي على علامات مرجعية مع تصوير بالرنين المغناطيسي حجمي للدماغ تم الحصول عليه مسبقاً باستخدام نظام الملاحة العصبية. في غرفة العمليات، يتم وضع المريض بشكل مريح في وضعية شبه مستلقية، ثم يتم تحضيره وتغطيته باستخدام التقنية الجراحية القياسية. يتم برمجة إحداثيات النواة تحت المهادية (STN) اليسرى في الإطار الذي يتم تثبيته على المريض.

يقوم الجراح بإجراء شق في الجلد وإزاحته. يتم حفر ثقوب في الجمجمة وإنشاء فتحة صغيرة في الأم الجافية. يتم وضع القنية المتصلة بمحرك دقيق في الموضع المحدد ودفعها حتى تصبح طرف القنية على ارتفاع 25 millimeters فوق الهدف.

بمجرد إدخال القنيات في الدماغ، تُزال الأنابيب الداخلية وتُستبدل بأقطاب كهربائية دقيقة عالية المقاومة. يتم توصيل أجهزة معالجة الإشارات والمضخمات الأولية بكل قطب كهربائي، بينما يتم توصيل قناة المرجع التفاضلية بالقنية الخارجية. وفي جهاز معالجة الإشارات، قم بتشغيل المضخمات وتقييم الإشارة أو الوسط خارج الخلوي.

بالإضافة إلى ذلك، يتم فحص الممانعة لكل قطب كهربائي قبل دفعه بشكل أكبر في الدماغ. وبمجرد التحقق من كل شيء، يقوم الجراح بدفع القطب الكهربائي ببطء في الدماغ بخطوات تتراوح من 0.05 إلى 0.4 مليمتر. يتم دفع الأقطاب الكهربائية بدءاً من مسافة 25 مليمتر من الهدف المحسوب باتجاه S St N. وينتج عن هذا المسار مرور القطب الكهربائي عبر نواة CAU eight، والمهاد، وzona Serta، وصولاً في النهاية إلى SDN.

بمجرد دخول الأقطاب الكهربائية إلى النواة تحت المهادية (SDN)، يقوم أخصائي الفسيولوجيا بتحريك أطراف المريض المقابلة كوسيلة لتحديد ما إذا كانت الإشارة العصبية تستجيب حركياً. وعندما يقتنع الجراح والقائم بالتجربة بموضع الأقطاب الكهربائية، يمكن البدء في المهمة السلوكية. ومن المهم، قبل البدء في المهمة السلوكية، توثيق عمق الأقطاب الكهربائية الدقيقة والاستجابة الحركية للعصبون المعزول.

بعد ذلك، أخبر المشارك أن المهمة ستبدأ. تأكد من أن صندوق الأزرار لا يزال في وضع مريح وأن الشاشة مرئية بالكامل. ابدأ في الحصول على البيانات وسجل النشاط الأساسي لمدة دقيقة واحدة على الأقل قبل البدء في المهمة السلوكية.

بينما يقوم الخاضع للاختبار بتنفيذ المهمة، من المهم مراقبة البيانات التي يتم التقاطها. وفي حال حدوث أي انقطاع في عملية الاستحواذ، يجب إيقاف المهمة ومعالجة المشكلة. يمكن تنفيذ المهام عدة مرات لكل عمق.

ومع ذلك، فإن التسجيل التجريبي في النواة تحت المهادية (STN) يقتصر على 30 دقيقة لتجنب إزعاج المريض وإطالة مدة الجراحة بشكل غير مبرر. دعنا نبدأ الآن. هل يمكنك فتح وإغلاق يدك من أجلي وأنت تمسك بمصباح كهربائي؟

جيد. سنقوم بتدوير قدمك اليمنى. كرر ورائي: أنا أحب بودينغ التابيوكا.

استقللتُ قطاراً إلى توبيكا في كانساس. تُعرض هنا نتائج نموذجية من عصبون واحد في النواة تحت المهادية (STN) تم تسجيله أثناء لعبة الحرب. تم تصوير استجابات RA متمركزة حول أربع حقب ذات صلة سلوكياً في المهمة: فترة التثبيت التي تسبق تقديم بطاقة الخاضع للاختبار في كل تجربة، والضغط على الزر الذي يشير إلى رهان الخاضع للاختبار، وتقديم بطاقة الكمبيوتر الموضحة هنا كمخططات تكرارية للوقت لكل محفز.

لا يستجيب هذا العصبون بقوة عند عرض بطاقة الخاضع للتجربة، ولكنه يزيد من معدل إطلاقه بشكل ملحوظ عند الضغط على الزر. ويستمر هذا النشاط حتى يتم الكشف عن بطاقة الكمبيوتر، وعند هذه النقطة ينخفض الإطلاق إلى مستويات الخط الأساسي. تقيس هذه التقنية الاستجابات من العصبونات الفردية في الدماغ.

كما يمكن دمجها مع مقاييس أخرى للنشاط العصبي التي تقيس استجابات المجموعات الخلوية، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أو تخطيط الدماغ المغناطيسي. وبمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن إعدادها وتطبيقها في غرفة العمليات خلال 25 دقيقة. ومع ذلك، فإن العمل مع البشر في غرفة العمليات يفرض عدداً من القيود، بما في ذلك وقت التعقيم، والأهم من ذلك، سلامة المريض.

لذا، يجب مراعاة هذه النقاط خلال جميع مراحل الدراسة.