Kada hirurzi izvode operaciju na mozgu kod ljudi sa tumorima na mozgu ili epilepsijom, oni moraju da uklone tumor ili abnormalno tkivo uz očuvanje delova mozga koji kontrolišu jezik i kretanje.
Nova studija Nortvesterna mogla bi bolje da informiše lekare o odlukama o tome koja područja mozga treba sačuvati, čime se poboljšava jezička funkcija pacijenata nakon operacije na mozgu. Studija proširuje razumevanje načina na koji je jezik kodiran u mozgu i identifikuje ključne karakteristike kritičnih mesta u moždanoj kori koja zajedno rade na stvaranju jezika.
Ako razmišljate o jezičkoj mreži mozga kao o društvenoj mreži, naučnici su u suštini pronašli osobu koja je veza između mnogih podmreža ljudi. Ne bi se poznavali da nije ove osobe. U mozgu, ovi „konektori“ imaju istu funkciju za jezik. Ako bi se lokacije konektora uklonile, pacijent bi napravio više jezičkih grešaka nakon operacije — kao što su poteškoće u imenovanju objekata — jer podmreže ne bi mogle da rade zajedno.
Studija je objavljena 16. septembra u časopisu Nature Communications.
Naučnici sa severozapada identifikovali su kritične jezičke konektore tako što su snimali električne signale iz korteksa mozga kod pacijenata sa epilepsijom ili tumorima na mozgu dok pacijenti čitaju reči naglas. Istraživači su zatim analizirali signale koristeći metode teorije grafova i mašinsko učenje kako bi predvideli koje su lokacije u mreži kritične.
„Ovo otkriće bi nam moglo pomoći da budemo precizniji i efikasniji kada mapiramo jezičke lokacije pre operacije“, rekao je autor korespondencije dr Mark Slucki, profesor neurologije na Medicinskom fakultetu Univerziteta Nortvestern i neurolog severozapadne medicine.
„To bi nam moglo pomoći da povećamo način na koji hirurzi rade ovo mapiranje, tako da bi na kraju moglo potencijalno skratiti vreme potrebno za stimulaciju ili eventualno eliminisati stimulaciju i samo snimiti električne signale.“
Ljudi sa tumorima na mozgu ili epilepsijom kojima je potrebna operacija često se podvrgavaju funkcionalnom mapiranju koristeći direktnu električnu stimulaciju mozga kako bi pokušali da identifikuju kritične delove mozga (naročito u moždanoj kori), tako da neurohirurzi znaju koja mesta treba izbegavati da se uklone da bi sačuvali jezik. Na primer, električna stimulacija može privremeno da prekine sposobnost govora ili zamišljanja imena za objekte, što bi sugerisalo da je oblast na koju je primenjena stimulacija važna za govor ili funkciju jezika.
„Način na koji se to radi nije se značajno promenio za više od 50 godina, ali šta se tačno dešava tokom ove stimulacije još uvek nije dobro shvaćeno“, rekao je Slucki. „Nije jasno šta je posebno u vezi sa žarišnim mestima koja su stimulacijom identifikovana kao kritična za jezik i govor.
„Kada neko govori, mnoga mesta u mozgu su aktivna, ali je samo nekoliko tih mesta identifikovano kao kritično za te funkcije jer su uznemirene tokom stimulacije. Odgovor na ovo pitanje mogao bi nam pomoći da razumemo kako električna stimulacija utiče na mozak i kako mozak proizvodi govorni jezik.“
Trenutno, mnogi pacijenti sa tumorima na mozgu prolaze kroz stimulaciju od 20 do 60 minuta dok su budni tokom operacije. Tehnika nije savršena za identifikaciju jezičkih mesta: rezultati mogu biti lažno negativni ili lažno pozitivni, a proces može izazvati napade.
„To nije zabavno za pacijenta“, rekao je Slucki. „Kada to radimo za pacijente sa epilepsijom, mapiranje može trajati dan ili ponekad dva i iscrpljujuće je za njih.“
Pacijentima sa epilepsijom će možda biti potrebna operacija mozga kada lekovi ne kontrolišu na odgovarajući način napade, rekao je Slucki.
Naučnici su snimili električne signale sa površine korteksa kod 16 pacijenata (u Northwestern Memorial Hospital i u bolnici Johns Hopkins) sa epilepsijom ili tumorima na mozgu. Nizovi elektroda su ili implantirani kod ljudi sa epilepsijom kao deo njihovog praćenja napada pre operacije ili su privremeno stavljeni na mozak u operacionoj sali, dok su pacijenti sa tumorima podvrgnuti operaciji mozga u budnom stanju i mapiranju.
Pacijenti su čitali pojedinačne reči naglas sa monitora, dok su istraživači snimali signale njihovog mozga (nazvane elektrokortikografija). Naučnici su zatim analizirali signale koristeći metrike iz teorije grafova, grane matematike fokusirane na mreže. (Teorija grafova se takođe koristi za analizu svih vrsta mreža, uključujući društvene mreže, što je način na koji funkcioniše mnogo internet pretraživača.)
Ove mrežne metrike su opisale koliko je svaka lokacija funkcionalno povezana, bilo lokalno (sa obližnjim lokacijama), globalno (sa svim snimljenim lokacijama) ili među zajednicama (podmrežama). Naučnici su zatim koristili mašinsko učenje da predvide koje su lokacije na mreži kritične koristeći samo mrežne metrike. Kritične lokacije su obično bile one koje su se povezivale između zajednica.
Istraživanje Nortvesterna bila je saradnja između Nathana Cronea i Iujing Vang-a na Univerzitetu Johns Hopkins (odjel za neurologiju) i Richarda Betzela na Univerzitetu Indiana (odsjek za psihološke nauke i nauke o mozgu).
