يتوسع الدماغ البشري ويتقلص بمرور الوقت: توضح هذه الرسوم البيانية كيف

عندما أخذ عالم الأعصاب جاكوب سيدليتز ابنه البالغ من العمر 15 شهرا إلى طبيب الأطفال لإجراء فحص طبي الأسبوع الماضي، غادر يشعر بعدم الرضا. لم يكن هناك خطأ في ابنه: يبدو أن الصبي يتطور بوتيرة نموذجية، وفقًا لمخططات الطول والوزن التي استخدمها الطبيب. ما شعر سيدليتز بأنه مفقود كان مقياسًا مكافئًا لقياس كيفية نمو دماغ ابنه. قال Seidlitz، الذي يعمل في جامعة بنسلفانيا في فيلادلفيا: «إنه لأمر صادم مدى قلة المعلومات البيولوجية التي يمتلكها الأطباء حول هذا العضو الحرج».

قريبا، وقال انه قد تكون قادرة على تغيير ذلك. من خلال العمل مع الزملاء، جمعت Seidlitz أكثر من 120,000 مسح للدماغ، وهي أكبر مجموعة من نوعها، لإنشاء أول مخططات نمو شاملة لنمو الدماغ. تُظهر الرسوم البيانية بصريًا كيف تتوسع أدمغة الإنسان بسرعة في السنوات الأولى من الحياة ثم تتقلص ببطء مع تقدم العمر. إن الحجم الهائل للدراسة، المنشورة في مجلة Nature، قد أذهلت علماء الأعصاب، الذين اضطروا منذ فترة طويلة للتعامل مع مشاكل قابلية التكاثر في أبحاثهم، ويرجع ذلك جزئيًا إلى صغر حجم العينات. التصوير بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) مكلف، مما يعني أن العلماء غالبًا ما يكون لديهم عدد محدود من المشاركين الذين يمكنهم الاشتراك في التجارب.

قالت أنجيلا ليرد، عالمة الأعصاب المعرفية في جامعة فلوريدا الدولية في ميامي: «إن المجموعة الضخمة من البيانات التي جمعوها مثيرة للإعجاب للغاية وتضع حقًا معيارًا جديدًا لهذا المجال». ومع ذلك، يحذر المؤلفون من أن قاعدة بياناتهم ليست شاملة تمامًا: فقد واجهوا صعوبة في جمع فحوصات الدماغ من جميع مناطق العالم. كما يقولون إن الرسوم البيانية الناتجة ليست سوى مسودة أولى، وستكون هناك حاجة إلى مزيد من التعديلات لتنفيذها في البيئات السريرية.

إذا تم تنفيذ الرسومات أخيرًا لأطباء الأطفال، فستكون هناك حاجة إلى عناية كبيرة لضمان عدم إساءة فهمها، وفقًا لهانا تولي، طبيبة أعصاب الأطفال في جامعة واشنطن في سياتل. وشدد على أن «الدماغ الكبير ليس بالضرورة دماغًا يعمل بشكل جيد».

لا توجد مهمة سهلة

نظرًا لأن بنية الدماغ تختلف اختلافًا كبيرًا من شخص لآخر، كان على الباحثين إضافة عدد كبير من عمليات المسح لإنشاء مجموعة موثوقة من الرسوم البيانية للنمو ذات الأهمية الإحصائية. بالنسبة لريتشارد بيت لحم، عالم الأعصاب في جامعة كامبريدج، المملكة المتحدة، والمؤلف المشارك للدراسة، هذه ليست مهمة سهلة. بدلاً من تشغيل الآلاف من عمليات المسح بأنفسهم، والتي ستستغرق عقودًا وستكون باهظة الثمن، تحول الباحثون إلى دراسات التصوير العصبي المكتملة بالفعل.

أرسلت بيت لحم وسيدللتز رسائل بريد إلكتروني إلى الباحثين في جميع أنحاء العالم تسألهم عما إذا كانوا سيشاركون بيانات التصوير العصبي الخاصة بهم للمشروع. اندهش الثنائي من عدد الردود، التي يعزوها إلى جائحة COVID-19، مما أعطى الباحثين وقتًا أقل في مختبراتهم ووقتًا أطول من المعتاد مع صناديق البريد الإلكتروني الخاصة بهم.

في المجموع، جمع الفريق 123,894 فحصًا بالرنين المغناطيسي لـ 101,457 شخصًا، بدءًا من الأجنة بعد 16 أسبوعًا من الحمل إلى البالغين الذين تتراوح أعمارهم بين 100 عام. تضمنت عمليات المسح أدمغة الأشخاص ذوي النمط العصبي, وكذلك الأشخاص الذين يعانون من مجموعة متنوعة من الحالات الطبية, مثل مرض الزهايمر, والاختلافات المعرفية العصبية, بما في ذلك اضطراب طيف التوحد. استخدم الباحثون نماذج إحصائية لاستخراج المعلومات من الصور والتأكد من أن عمليات المسح قابلة للمقارنة بشكل مباشر، بغض النظر عن نوع جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي المستخدم.

والنتيجة النهائية هي مجموعة من الرسوم البيانية التي ترسم العديد من مقاييس الدماغ الرئيسية حسب العمر. بعض المقاييس، مثل حجم المادة الرمادية ومتوسط السماكة القشرية (عرض المادة الرمادية) تصل إلى ذروتها في وقت مبكر من نمو الشخص، بينما يميل حجم المادة البيضاء (الموجود أعمق في الدماغ) إلى الذروة من سن الثلاثين. البيانات عن حجم البطين (كمية السائل النخاعي في الدماغ)، على وجه الخصوص، فاجأت بيت لحم. عرف العلماء أن هذا الحجم يزداد مع تقدم العمر، لأنه عادة ما يرتبط بضمور الدماغ، لكن الخبير فوجئ بمدى سرعة نموه في أواخر مرحلة البلوغ.

المسودة الأولى

تأتي الدراسة في أعقاب مقال متفجر نُشر في Nature في مارس 16, يظهر أن معظم تجارب تصوير الدماغ تحتوي على عدد قليل جدًا من عمليات المسح لاكتشاف الروابط بين وظائف الدماغ و. السلوك، مما يعني أن استنتاجاتك قد تكون غير صحيحة. وبالنظر إلى هذه النتيجة، يتوقع ليرد أن يتحرك الميدان نحو تبني إطار عمل مماثل لتلك المستخدمة من قبل سيدلتز وبيت لحم، لزيادة القوة الإحصائية.

قال نيكو دوسنباخ، عالم الأعصاب في جامعة واشنطن في سانت لويس بولاية ميسوري، المؤلف المشارك لدراسة 16 مارس، إن تجميع العديد من مجموعات البيانات يشبه «تحفة دبلوماسية». بالنسبة له هذا هو المقياس الذي يجب أن يعمل عليه الباحثون عند إضافة صور الدماغ.

على الرغم من حجم مجموعة البيانات، فإن سيدليتز وبيت لحم وزملاؤهم يعترفون بأن دراستهم تعاني من مشكلة متوطنة في دراسات التصوير العصبي: نقص ملحوظ في التنوع. تأتي فحوصات الدماغ التي جمعوها بشكل أساسي من أمريكا الشمالية وأوروبا، وتعبر بشكل غير متناسب عن السكان البيض في سن الكلية والحضرية والأثرياء. قالت سارة جين بليكمور، عالمالأعصاب الإدراكي في جامعة كامبريدج: «هذا يحد من تعميم النتائج». تتضمن الدراسة ثلاث مجموعات بيانات فقط من أمريكا الجنوبية وواحدة من إفريقيا، تمثل حوالي 1٪ من جميع فحوصات الدماغ المستخدمة في الدراسة.

وحذر ليرد من أن «المليارات من الناس في جميع أنحاء العالم يفتقرون إلى الوصول إلى أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، مما يجعل من الصعب الحصول على بيانات تصوير الدماغ المختلفة». لكن المؤلفين لم يتوقفوا عن المحاولة وأطلقوا موقعًا إلكترونيًا حيث ينوون تحديث مخططات النمو الخاصة بهم في الوقت الفعلي حيث يتلقون المزيد من فحوصات الدماغ.

مع مجموعات البيانات الضخمة، مسؤولية كبيرة

كان التحدي الآخر هو تحديد كيفية إعطاء الائتمان المناسب لأصحاب فحوصات الدماغ المستخدمة لبناء الرسومات. جاءت بعض عمليات المسح من مجموعات بيانات الوصول المفتوح، ولكن تم إغلاق البعض الآخر أمام الباحثين. لم تتم معالجة معظم عمليات مسح البيانات المغلقة بطريقة تسمح بدمجها في مخططات النمو، لذلك قام أصحابها ببعض العمل الإضافي لمشاركتها. تم تسمية هؤلاء العلماء لاحقًا كمؤلفين للمقال.

وفي الوقت نفسه، تلقى أصحاب مجموعات البيانات المفتوحة إشارة واحدة فقط في الوثيقة، وهي ليست مرموقة للباحثين الباحثين عن التمويل والتعاون والعروض الترويجية. قام Seidlitz وبيت لحم وزملاؤهم بمعالجة هذه البيانات. وفي معظم الحالات، أقرت بيت لحم بأنه لا يوجد أي اتصال مباشر مع مالكي مجموعات البيانات هذه. تسرد الوثيقة حوالي 200 مؤلف وتستشهد بعمل مئات الأشخاص الذين ساهموا في مسح الدماغ.

استمر في القراءة: