Kai chirurgai atlieka smegenų operacijas žmonėms, sergantiems smegenų augliais ar epilepsija, jie turi pašalinti naviką arba nenormalų audinį, išsaugant smegenų dalis, kurios kontroliuoja kalbą ir judesius.
Naujas Šiaurės vakarų medicinos tyrimas gali geriau informuoti gydytojų sprendimus, kurias smegenų sritis išsaugoti, taip pagerindamas pacientų kalbos funkciją po smegenų operacijos. Tyrimas išplečia supratimą apie tai, kaip kalba yra užkoduota smegenyse, ir nustato pagrindines svarbių smegenų žievės vietų ypatybes, kurios kartu kuria kalbą.
Jei manote, kad smegenų kalbos tinklas yra socialinis tinklas, mokslininkai iš esmės rado asmenį, kuris yra ryšys tarp daugybės žmonių potinklių. Jie nepažintų vienas kito, jei ne šis vienas žmogus. Smegenyse šios „jungtys“ atlieka tą pačią kalbos funkciją. Jei jungčių vietos būtų pašalintos, pacientas po operacijos darytų daugiau kalbos klaidų, pvz., sunkumų pavadindamas objektus, nes potinkliai negalėtų veikti kartu.
Tyrimas buvo paskelbtas rugsėjo 16 d Gamtos komunikacijos.
Smegenų signalai iš pacientų, sergančių smegenų augliais ir epilepsija
Šiaurės Vakarų mokslininkai nustatė svarbias kalbos jungties vietas, registruodami elektrinius signalus iš smegenų žievės pacientams, sergantiems epilepsija ar smegenų augliais, o pacientai garsiai skaito žodžius. Tada tyrėjai išanalizavo signalus naudodami grafikų teorijos metodus ir mašininį mokymąsi, kad nuspėtų, kurios tinklo vietos buvo svarbios.
„Šis atradimas gali padėti mums būti tikslesniems ir veiksmingesniems, kai prieš operaciją sudarome kalbos svetainių žemėlapius“, – sakė atitinkamas autorius Dr. Marc Slutzky, Šiaurės Vakarų universiteto Feinbergo medicinos mokyklos neurologijos profesorius ir Šiaurės Vakarų medicinos neurologas.
„Tai galėtų padėti mums išplėsti chirurgų atliekamą kartografavimą, todėl galiausiai tai gali sutrumpinti laiką, reikalingą stimuliacijai, arba galbūt pašalinti stimuliaciją ir tiesiog įrašyti elektrinius signalus.
Smegenų augliais ar epilepsija sergantiems žmonėms, kuriems reikalinga operacija, dažnai atliekamas funkcinis kartografavimas naudojant tiesioginę smegenų elektrinę stimuliaciją, siekiant nustatyti svarbias smegenų dalis (ypač smegenų žievėje), todėl neurochirurgai žino, kurias vietas vengti pašalinti, kad išsaugotų kalbą. Pavyzdžiui, elektrinė stimuliacija gali laikinai nutraukti gebėjimą kalbėti arba įsivaizduoti objektų pavadinimus, o tai leistų manyti, kad sritis, kuriai buvo taikoma stimuliacija, yra svarbi kalbai ar kalbos funkcijai.
Dabartinė stimuliavimo technika turi apribojimų
„Tai, kaip tai daroma, iš esmės nepasikeitė per daugiau nei 50 metų, tačiau vis dar nėra gerai suprantama, kas vyksta šios stimuliacijos metu“, – sakė Slutzky. „Neaišku, kuo ypatingos yra židinio vietos, kurias stimuliuojant nustatomos kaip svarbios kalbai ir kalbai.
„Kai kas nors kalba, daugelis smegenų vietų yra aktyvios, tačiau tik kelios iš tų vietų yra identifikuojamos kaip svarbios šioms funkcijoms, nes jos trikdomos stimuliacijos metu. Atsakydami į šį klausimą galėtume suprasti, kaip elektrinė stimuliacija veikia smegenis ir kaip smegenys gamina šnekamąją kalbą“.
Apytiksliai 1,2 milijono žmonių JAV gyvena su smegenų augliais
Šiuo metu daugelis pacientų, sergančių smegenų augliais, yra stimuliuojami nuo 20 iki 60 minučių, kol jie yra budrūs operacijos metu. Metodas nėra tobulas kalbos svetainėms nustatyti: rezultatai gali būti klaidingai neigiami arba klaidingai teigiami, o procesas gali sukelti traukulius.
„Tai nėra smagu pacientui“, – sakė Slutzky. „Kai tai darome epilepsija sergantiems pacientams, žemėlapių sudarymas gali užtrukti vieną dieną, o kartais ir dvi, todėl juos vargina.
Epilepsija sergantiems pacientams gali prireikti smegenų operacijos, kai vaistai nepakankamai kontroliuoja traukulius, sakė Slutzky.
Kaip vyko tyrimas
Mokslininkai užfiksavo elektrinius signalus iš žievės paviršiaus 16 pacientų (Northwestern Memorial Hospital ir Johns Hopkins Hospital), sergančių epilepsija arba smegenų augliais. Elektrodų matricos buvo implantuojamos žmonėms, sergantiems epilepsija, kaip dalis jų priepuolių stebėjimo prieš operaciją, arba laikinai patalpintos į smegenis operacinėje, o pacientams, sergantiems navikais, buvo atlikta smegenų operacija ir kartografavimas.
Pacientai garsiai skaitė atskirus žodžius iš monitoriaus, o tyrėjai registravo jų smegenų signalus (vadinamą elektrokortikografija). Tada mokslininkai analizavo signalus naudodami grafų teorijos, matematikos šakos, orientuotos į tinklus, metrikas. (Grafų teorija taip pat naudojama analizuojant visų rūšių tinklus, įskaitant socialinius tinklus, todėl veikia daugelis interneto paieškos sistemų.)
Šios tinklo metrikos apibūdino, kiek kiekviena svetainė buvo funkciškai prijungta – lokaliai (su netoliese esančiomis svetainėmis), pasauliniu mastu (užregistruotomis visomis svetainėmis) arba bendruomenėse (potinkliuose). Tada mokslininkai naudojo mašininį mokymąsi, kad nuspėtų, kurios tinklo svetainės buvo svarbios, naudodamiesi tik tinklo metrika. Svarbiausios vietos buvo tos, kurios jungiasi tarp bendruomenių.
Šiaurės vakarų tyrimas buvo atliktas bendradarbiaujant Nathan Crone ir Yujing Wang iš Johns Hopkins universiteto (Neurologijos katedra) ir Richardo Betzelio iš Indianos universiteto (psichologinių ir smegenų mokslų katedra).