روشهای بررسی مغز
بررسی اثرات رفتاری آسیب مغزی
ضایعه، زخم یا جراحت است و پژوهشگری که به تخریب بخشی از مغز می‌پردازد، معمولاً با عبارت ضایعه مغزی از آسیب وارد شده به مغز یاد می‌کند. آزمایش‌هایی که در آن‌ها بخشی از مغز آسیب می‌بیند و به دنبال آن، رفتار حیوان مورد مشاهده قرار می‌گیرد، مطالعه ضایعات نامیده می‌شوند. منطق مطالعه ضایعه این است که کارکرد یک ناحیه مغز می‌تواند از رفتارهایی استنتاج شود که حیوان دیگر قادر نیست پس از آسیب دیدن آن ناحیه، دیگر قادر به انجام آن‌ها نیست. مثلاً اگر پس از تخریب بخشی از مغز، حیوان دیگر نتواند کارهایی را که مستلزم بینایی است، انجام دهد، می‌توانیم نتیجه بگیریم که حیوان کور شده است و ناحیه آسیب دیده در بینایی نقش دارد.
باید در تفسیر اثرات ضایعه مغزی، بسیار محتاط باشیم. مثلاً چگونه می‌توانیم اطمینان حاصل کنیم که حیوان دچار ضایعه، کور است؟ آیا با اشیا برخورد می‌کند، یا اینکه از حرکت در یک ماز به سمت نوری که مکان غذا را نشان می‌دهد، خودداری می‌کند، یا اینکه دیگر مردمک چشم‌هایش در مقابل نور تنگ نمی‌شود؟ حیوان، ممکن است به علت نقص در هماهنگی حرکتی به اشیاء برخورد کند، یا اشتهایش را به غذا (و در نتیجه انگیزه‌اش را در طی کرد ماز) از دست داده باشد، یا اینکه خیلی خوب ببیند، اما بازتاب‌های بینایی‌اش را از دست داده باشد. پژوهشگران اغلب دچار اشتباه می‌شوند. سال‌ها پیش تصور کردند که موش آلبینو، کور است (این موش، کور نیست). تصورش را بکنید، چگونه می‌توانید آزمایش کنید که یک موش می‌تواند ببیند یا نه؟ بخاطر داشته باشید که موش‌ها حس‌گرها (سبیل‌هایی) دارند که می‌تواند برای شناسایی یک دیوار، پیش از برخورد کردن با آن یا شناسایی لبه میز، پیش از فرو افتادن از آن بکار رود. آن‌ها همچنین می‌توانند راه خود را در یک اتاق از طریق دنبال کردن ردّ بویایی پیدا کنند.
پس چه چیزی می‌توانیم از مطالعات ضایعه بیاموزیم؟ هدف ما کشف کارکردهایی است که بوسیله نواحی مختلف مغز انجام می‌گیرد و سپس فهم چگونگی ترکیب این کارکردها در جهت انجام رفتارهای خاص است. تفاوت بین کارکرد مغزی و رفتار، حایز اهمیت است. مدارهای درون مغز، کارکردها را انجام می‌دهند، نه رفتارها را. هیچ ناحیه‌ای از مغز یا هیچ‌یک از مدارهای عصبی، به تنهایی مسئول یک رفتار نیست. هر ناحیه کارکرد (یا مجموعه‌ای از کارکردها) را به انجام می‌رساند که در اجرای رفتار شرکت دارند. مثلاً عمل خواندن شامل کارکردهای لازم برای کنترل حرکات چشم، تمرکز عدسی‌های چشم، ادراک و تشخیص کلمات و حروف، درک معنی واژه‌ها و غیره می‌باشد. بعضی از این کارکردها در رفتارهای دیگری نیز شرکت می‌کنند، مثلاً کنترل حرکات چشم و تمرکز، برای هر نوع کاری که مستلزم نگاه کردن است، ضروری می‌باشد و آن‌دسته از سازوکارهای مغز که برای درک معانی کلمات بکار می‌روند، در درک کلام نیز شرکت دارند. وظیفه پژوهشگر، فهم کارکردهای ضروری برای انجام یک رفتار خاص و تعیین این مسئله است که چه مدارهایی از نورون‌ها در مغز، مسئول هر کدام از این کارکردها است.
ایجاد ضایعات مغزی
ما چگونه ضایعات مغزی را ایجاد می‌کنیم؟ تخریب بخش‌هایی از مغز که درست زیر جمجمه قرار گرفته‌اند، آسان است. حیوان را بیهوش می‌کنیم، پوست سر را بریده و باز می‌کنیم، بخشی از جمجمه را بر می‌داریم، سخت شامه را بریده و قشر مخ را در معرض دید قرار می‌دهیم. سپس می‌توانیم از یک وسیله مکشی برای بیرون کشیدن بافت مغز استفاده کنیم. برای تکمیل برداشت این بافت، یک پیپت شیشه‌ای را روی سطح مغز قرار داده و بوسیله تلمبه مکنده متصل به پیپت، بافت مغز را بر می‌داریم.
ما بیشتر می‌خواهیم آن نواحی مغز را که در عمق مغز قرار گرفته‌اند، تخریب کنیم. ضایعات نواحی زیر قشری مغز (آن نواحی که در زیر کرتکس قرار گرفته‌اند) معمولاً با عبور دادن جریان الکتریکی بوسیله سیمی از فولاد ضدزنگ انجام می‌شود که در همه نقاط به جز قسمت نوک بوسیله لایه‌ای عایق پوشیده شده است. این سیم را بصورت استریو تاکسیک طوری هدایت می‌کنیم که انتهای آن در محل مناسب قرار گیرد (جراحی استریوتاکسیک در بخش بعدی توصیف شده است). سپس دستگاه ضایعه‌ساز را که جریان فرکانس رادیویی (RF)- جریان متناوبی با فرکانس بسیار بالا- تولید می‌کند، روشن می‌کنیم. عبور جریان از بافت مغز گرمایی ایجاد می‌کند که سلول‌های واقع در ناحیه اطراف نوک الکترود را از بین می‌برد.
ضایعات ایجاد شده بدین وسیله، همه چیز را در اطراف نوک الکترود، از جمله اجسام سلولی عصبی و آکسون‌های نورون‌هایی که از آن ناحیه عبور می‌کنند، از بین می‌برد. یک روش گزینشی‌تر برای ایجاد ضایعات مغزی، استفاده از یک اسید آمینه تحریکی، از قبیل اسید کاینیک است که با تحریک نورون‌ها تا حد مرگشان، آن‌ها را از بین می‌برد. ضایعات ایجاد شده به این شیوه، ضایعات تحریکی-تخریبی نامیده می‌شوند. وقتی یک اسید آمینه تحریکی از طریق لوله به ناحیه‌ای از مغز تزریق شود، این ماده شیمیایی اجسام سلولی عصبی آن ناحیه را تخریب می‌کند، اما آکسون‌های متعلق به نورون‌های مختلفی را که از آنجا عبور می‌کنند، به حال خود رها می‌کند. این امکان انتخاب به پژوهشگر اجازه می‌دهد تعیین کند که آیا اثرات رفتاری تخریب ساختار خاصی از مغز در اثر از بین رفتن نورون‌های قرار گرفته در آن ناحیه ایجاد شده است یا در اثر تخریب آکسون‌هایی که از آنجا عبور می‌کنند.
توجه داشته باشید که هنگام ایجاد ضایعات زیر قشری بوسیله عبور جریان RF از طریق یک الکترود یا تزریق یک ماده شیمیایی از طریق لوله، همواره آسیبی اضافی به مغز وارد می‌کنیم. وقتی الکترود یا لوله را وارد مغز می‌کنیم تا به ناحیه مورد نظر خود برسیم، به ناچار، حتی پیش از روشن کردن دستگاه ضایعه‌ساز یا شروع تزریق، آسیب اندکی ایجاد می‌کنیم. بنابراین نمی‌توانیم صرفاً به مقایسه رفتار حیوانات دچار ضایعه مغزی با رفتار حیوانات جراحی نشده گروه کنترل اکتفا کنیم. آسیب جزئی به نواحی مغزی بالای ناحیه دچار ضایعه ممکن است علت برخی از نقیصه‌های رفتاری‌ای باشد که مشاهده می‌کنیم. آنچه روی گروه آزمایشی انجام می‌دهیم، روی گروه کنترل نیز پیاده می‌کنیم و روی آن‌ها ضایعات کاذب ایجاد می‌کنیم. برای این کار حیوان را بیهوش می‌کنیم، در دستگاه استریوتاکسیک (که در زیر توصیف شده است) قرار می‌دهیم، پوست سر را باز می‌کنیم، در جمجمه سوراخ‌هایی ایجاد می‌کنیم، الکترود یا لوله را وارد مغز می‌کنیم و آنرا تا عمق مورد نظر فرو می‌بریم. به دیگر سخن، همه کارهایی را که برای ضایعه انجام می‌دهیم، به جز روشن کردن ضایعه‌ساز یا شروع تزریق در اینجا نیز اجرا می‌کنیم. این گروه حیوانات نقش گروه کنترل را دارد. اگر رفتار حیوانات دچار ضایعات مغزی با رفتار حیوانات کنترل دارای ضایعه کاذب تفاوت داشته باشد، می‌توانیم نتیجه‌گیری کنیم که ضایعه، علت نقیصه‌های رفتاری است (همان‌گونه که می‌بینید، یک ضایعه کاذب همان نقش دارونما را در یک مطالعه داروشناسی بازی می‌کند).
اکثر اوقات، پژوهشگران ضایعات مغزی دائمی ایجاد می‌کنند، اما گاهی مفید است که فعالیت ناحیه ویژه‌ای از مغز را بطور موقت، متوقف کنیم. آسان‌ترین راه برای انجام این کار، تزریق بی‌حس‌کننده موضعی یا ماده‌ای بنام موسیمول به قسمت موردنظر مغز است. داروی بی‌حس‌کننده،از ورود پتانسیل‌های عمل آکسون‌ها به ناحیه موردنظر و خروج آن‌ها از این ناحیه جلوگیری می‌کند، در نتیجه به‌طور مؤثر، یک ضایعه موقتی ایجاد می‌کند (که معمولاً ضایعه قابل بازگشت مغزی نامیده می‌شود). موسیمول دارویی است که گیرنده‌های گابا را تحریک می‌کند و یک ناحیه از مغز را با بازداری نورون‌های قرار گرفته در آن ناحیه، غیرفعال می‌کند (بخاطر داشته باشید که گابا مهم‌ترین انتقال دهنده عصبی بازدارنده در مغز است).
جراحی استریوتاکسیک
حال، ما چگونه نوک الکترود یا لوله را به یک موقعیت دقیق در اعماق مغز حیوان می‌رسانیم؟ پاسخ، جراحی استریوتاکسیک است. استریوتاکسیک در لغت به معنی (محکم قرار گرفتن) است. بصورت تخصصی‌تر، این لغت به توانایی مکان‌یابی اشیا در فضا اشاره دارد. یک دستگاه استریوتاکسیک دارای یک نگهدارنده است که سر حیوان را در یک موقعیت استاندارد ثابت می‌کند و نیز یک بازوی متحرک دارد که الکترود یا لوله را به اندازه مسافت‌های معین در هر سه بعد فضایی حرکت می‌دهد. با این حال، برای انجام جراحی استریوتاکسیک باید اطلس استریوتاکسیک را مطالعه نمود.
اطلس استریوتاکسیک
مغز هیچ دو حیوان متعلق به یک گونه خاص، کاملاً یکسان نیستند، اما بین افراد آنقدر شباهت هست که بتوان موقعیت ساختارهای ویژه مغز را نسبت به اجزای خارجی سر تعیین کرد. بعنوان نمونه هسته زیر قشری یک موش ممکن است از نقطه‌ای که بوسیله اتصال چند استخوان جمجمه شکل گرفته است، در جهت بطنی، قدّامی و جانبی، چند میلی‌متر فاصله داشته باشد. جمجمه از چندین استخوان تشکیل شده است که بهم متصل شده و اتصال‌ها (درزها) را شکل می‌دهند. سر نوزادان تازه متولد شده دارای یک محل نرم در محل اتصال استخوان‌های تاجی و سهمی بنام ملاج می‌باشد. پس از آنکه این شکاف بسته شد، محل اتصال این استخوان‌ها، برگما نامیده می‌شود که از واژه‌ای یونانی به معنی (جلوی سر) گرفته شده است. می‌توانیم برگما را روی جمجمه موش نیز پیدا کنیم و این نقطه، نقش یک نقطه مرجع مناسب را دارد.
یک اطلس استریوتاکسیک شامل عکس‌ها یا طراحی‌هایی است که با برش‌های پیشانی متعلق به فواصل مختلفی از جلو و عقب برگما مطابقت دارند. هر صفحه اطلس استریوتاکسیک، طبق فاصله آن از برگما برچسب‌گذاری شده است. شبکه ترسیم شده در هر صفحه فواصل ساختارهای مغزی را در جهت بطنی از بالای جمجمه، و در جهت جانبی نسبت به خط‌میانی نشان می‌دهد. برای قراردادن نوک سیم در فورنیکس باید در بالای ساختار موردنظر سوراخی ایجاد کرده و الکترود را از درون سوراخ پایین بیاوریم تا اینکه نوک آن نسبت به ارتفاع جمجمه در برگما، در عمق مناسب قرار گیرد. سپس، با یافتن ساختار عصبی موردنظر در یکی از صفحات اطلس استریوتاکسیک (که در حیوان قابل مشاهده نیست)، می‌توانیم موقعیت ساختار را نسبت به برگما (که می‌توانیم ببنیم) تعیین کنیم. توجه داشته باشید که به دلیل تفاوت‌هایی در نژادها و سنین حیوانات، اطلس فقط یک موقعیت تقریبی را ارائه می‌کند. ما همیشه باید مجموعه جدیدی از مختصات را بکار گیریم، مغز حیوان را شکافته و رنگ‌آمیزی کنیم، موقعیت دقیق ضایعه را مشاهده کنیم، اعداد را تصحیح کنیم و دوباره امتحان کنیم (برش و رنگ‌آمیزی مغز نیز بعداً توصیف خواهند شد).
دستگاه استریوتاکسیک
یک دستگاه استریوتاکسیک روی اصول ساده‌ای کار می‌کند. این وسیله دارای یک نگهدارنده سر است که جمجمه حیوان را در جهت مناسبی نگه می‌دارد، یک نگهدارنده الکترود و یک مکانسیم مدرج دارد که نگهدارنده الکترود را در فواصل اندازه‌گیری شده‌ای در جهت سه محور عقب-جلو، پشتی-شکمی و جانبی- میانی حرکت می‌دهد. پس از آنکه مختصات را از اطلس استریوتاکسیک به دست آوردیم، حیوان را بیهوش می‌کنیم، آنرا در دستگاه قرار می‌دهیم و پوست سرش را برمی‌داریم. برگما را پیدا می‌کنیم، شماره‌های مناسب را در دستگاه استریوتاکسیک تنظیم می‌کنیم، روی جمجمه حفره‌ای ایجاد می‌کنیم و وسیله را به اندازه مناسب در مغز فرو می‌بریم. حال، نوک لوله یا الکترود همان‌جایی که ما می‌خواهیم قرار دارد و آماده‌ایم تا ضایعه را ایجاد کنیم.
البته جراحی استریوتاکسیک ممکن است در جهت اهدافی غیر از ایجاد ضایعه بکار رود. سیم‌هایی که در مغز قرار می‌گیرند، ممکن است برای تحریک نورون‌ها و نیز تخریب آن‌ها بکار روند و می‌توان داروهایی تزریق کرد که نورون‌ها را تحریک کنند، یا اینکه گیرنده‌های خاصی را مسدود کنند. می‌توانیم لوله‌ها یا سیم‌ها را بطور دائمی به مغز متصل کنیم. در همه این موارد پس از انجام عمل جراحی، زخم بخیه زده می‌شود و حیوان از دستگاه استریوتاکسیک بیرون برده شده و از بیهوشی خارج می‌شود.
ضمناً دستگاه‌های استریوتاکسیک مخصوص انسان‌ها نیز ساخته شده است. گاهی یک جراح اعصاب، مثلاً برای کاهش علائم بیماری پارکینسون، ضایعات زیر قشری ایجاد می‌کند. جراح، معمولاً از چند نشانه استفاده کرده و موقعیت سیم (یا وسیله دیگر) وارد شده به مغز را با استفاده از اسکن‌های MRI، پیش از ایجاد ضایعه تثبیت می‌کند.
