Νέα τεχνική χαρτογράφησης του εγκεφάλου επισημαίνει τη συσχέτιση μεταξύ “συνδεσιμότητας” και δείκτη νοημοσύνης

Σε έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Neuron

Τη χρονιά που πέρασε, υπήρξε μια συντονισμένη προσπάθεια για να χαρτογραφηθούν οι συνδέσεις στον εγκέφαλο – το αποκαλούμενο «δικτύωμα» – και να κατανοηθούν πώς αυτό σχετίζεται με τις ανθρώπινες συμπεριφορές, όπως η ευφυΐα και οι διαταραχές ψυχικής υγείας. Τώρα, σε έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Neuron, μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Cambridge και τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας(NIH) των ΗΠΑ, έδειξε ότι είναι δυνατό να διαμορφωθεί χάρτης του δικτυώματος με την ανάλυση συμβατικών σαρώσεων του εγκεφάλου που λαμβάνονται χρησιμοποιώντας σαρωτές απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI).

Η ομάδα συνέκρινε τους εγκεφάλους 296 τυπικά αναπτυσσόμενων εφήβων εθελοντών. Τα αποτελέσματά τους, μετά, επιβεβαιώθηκαν σε μια στατιστική ομάδα 124 εθελοντών επιπλέον. Η ομάδα χρησιμοποίησε ένα συμβατικό σαρωτή 3T MRI, όπου το 3Τ αναπαριστάνει την ένταση του μαγνητικού πεδίου. Ωστόσο, στο Cambridge έχει πρόσφατα εγκατασταθεί ένας πολύ περισσότερο ισχυρός σαρωτής Siemens 7T Terra MRI, ο οποίος θα επιτρέπει σε αυτή την τεχνική να δώσει ένα ακόμη πιο ακριβές σχεδίασμα του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Μια τυπική σάρωση MRI θα παρέχει μια μεμονωμένη εικόνα του εγκεφάλου, από την οποία είναι δυνατό να υπολογισθούν πολλαπλά δομικά χαρακτηριστικά του εγκεφάλου. Αυτό σημαίνει ότι κάθε περιοχή του εγκεφάλου μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας μέχρι και 10 διαφορετικά χαρακτηριστικά. Οι ερευνητές έδειξαν ότι εάν δυο περιοχές έχουν παρόμοια προφίλ, τότε περιγράφονται ως έχοντες «μορφομετρική ομοιότητα» και μπορούν να θεωρηθούν ότι είναι ένα συνδεδεμένο δίκτυο. Επαλήθευσαν αυτή τη θεώρηση χρησιμοποιώντας δημόσια διαθέσιμα δεδομένα MRI σε μια στατιστική ομάδα 31 νεαρών πιθήκων μακάκων rhesus για να συγκρίνουν στις εκτιμήσεις για το «χρυσό κανόνα» συνδεσιμότητας στα είδη αυτά.

Χρησιμοποιώντας αυτά τα δίκτυα μορφομετρικής ομοιότητας (morphometric similarity networks ή MSNs), οι ερευνητές μπόρεσαν να κατασκευάσουν ένα χάρτη που δείχνει πόσο καλά συνδέονταν οι «κόμβοι» – τα κύρια σημεία σύνδεσης μεταξύ διαφορετικών περιοχών στο δίκτυο του εγκεφάλου. Βρήκαν μια διασύνδεση μεταξύ της συνδεσιμότητας στα MSNs τω ν περιοχών του εγκεφάλου που συνδέονται με τις υψηλότερης τάξης λειτουργίες – όπως η λύση προβλημάτων και η γλώσσα – και της ευφυΐας.

«Είδαμε μια καθαρή σύνδεση μεταξύ της «κομβικότητας» των υψηλότερης τάξης περιοχών του εγκεφάλου – με άλλα λόγια, πόσο πυκνά συνδεδεμένες ήταν με το υπόλοιπο δίκτυο – και το IQ ενός ατόμου», εξηγεί ο Jakob Seidlitz, υποψήφιος διδάκτωρ στο Πανεπιστήμιο του Cambridge και τα NIH. «Αυτό έχει νόημα εάν θεωρήσετε τους κόμβους ως επιτρέποντες τη ροή της πληροφορίας στον εγκέφαλο – όσο ισχυρότερες είναι οι συνδέσεις, τόσο καλύτερος είναι ο εγκέφαλος στην επεξεργασία πληροφορίας».

Ενώ ο δείκτης νοημοσύνης μεταξύ των συμμετεχόντων ποικίλει, τα MSNs μετρούσαν περίπου το 40% αυτής της διαφοροποίησης – είναι πιθανό ότι η υψηλότερη ανάλυση πολλαπλών τύπων δεδομένων που παρέχονται από τον 7Τ σαρωτή ίσως μπορέσει να μετρήσει μια ακόμη μεγαλύτερη αναλογία της ατομικής διαφοροποίησης, αναφέρουν οι ερευνητές. «Αυτό που δεν μας λέει, ωστόσο, είναι από που προέρχεται ακριβώς αυτή η διαφοροποίηση», προσθέτει ο Seidlitz. «Τι κάνει ορισμένους εγκεφάλους περισσότερο συνδεδεμένους από άλλους – αποδίδεται, για παράδειγμα, στη γενετική τους ή στην εκπαιδευτική τους αγωγή; Και πώς γίνονται αυτές οι συνδέσεις ισχυρότερες ή πιο αδύνατες κατά την ανάπτυξη;»

«Αυτό θα μπορούσε να μας πάει πιο κοντά στο να μπορέσουμε να έχουμε μια ιδέα για την ευφυΐα από τη σάρωση του εγκεφάλου, μάλλον παρά να βασιστούμε στις εξετάσεις για τον IQ», αναφέρει ο καθηγητής Ed Bullmore, Επικεφαλής της Ψυχιατρικής στο Cambridge. «Η νέα μας τεχνική χαρτογράφησης θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς τα συμπτώματα των διαταραχών της ψυχικής υγείας, όπως το άγχος και η κατάθλιψη ή ακόμη η σχιζοφρένεια, αναδύονται από της διαφοροποιήσεις στην συνδεσιμότητα στον εγκέφαλο».

Πηγή: University of Cambridge, egno

Περισσότερα στη δημοσίευση: Morphometric Similarity Networks Detect Microscale Cortical Organisation and Predict Inter-Individual Cognitive Variation. Neuron.