Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 11 בינואר, 2019

MEG לילדים: הקשבה למוח בעזרת מכשירי SQUID מגניבים

תַקצִיר

המוח שלכם בנוי ממיליארדי תאי עצב שמפטפטים אחד עם השני. שיטת רישום מגנטי של המוח, שנקראת מַגְנֵטוֹאֶנְצֵפָלוֹגְרַפְיָה (ובלועזית Magnetoencephalography, או MEG בקיצור), מאפשרת לנו להקשיב לשיחות שמתרחשות בין תאי העצב באמצעות מדידת השדה המגנטי של המוח.

בתוך המוח שלכם ישנם 80 מיליארד (מיליארד = אלף מיליון, או 1,000,000,000) תאי עצב שנקראים גם נוירונים – תאי מוח קטנטנים שעובדים כולם יחד ומעצבים את האישיוּת שלכם. תאי העצב “מדבּרים” זה עם זה באמצעות קבלה של הודעות חשמליות ושליחתן. כל הודעה כזו יוצרת שדה מגנטי קטן. אם מספיק תאי עצב “מדבּרים” בו בזמן, אנו יכולים להקשיב לשיחות ביניהם באמצעות מדידת השדה המגנטי שסביב לראש שלכם (איור 1). אנו קוראים לשיטה הזו MEG [1].

איור 1 - ילדה צעירה שעוברת רישום מגנטי של הפעילות המוחית שלה באמצעות MEG.
  • איור 1 - ילדה צעירה שעוברת רישום מגנטי של הפעילות המוחית שלה באמצעות MEG.

בידוד מגנטי

בחיי היומיום שלנו אנו מוקפים על-ידי שדות מגנטיים שמגיעים ממחשבים, מטלפונים ניידים ואפילו מכדור הארץ עצמו. השדות המגנטיים של המוח שלנו הם זעירים בהשוואה לשדות המגנטיים האחרים. להקשיב לתאי העצב שלכם זה קצת כמו לנסות לשמוע את צעדיה של נמלה באמצע קונצרט רוק!

מִסיבה זו, מכשירי MEG צריכים להיות ממוקמים בחדר עם קירות מתכתיים, שחוסמים את כניסתם של השדות המגנטיים האחרים (איור 2).

איור 2 - מהנדסים בונים את חדר הבידוד המגנטי עבור מכשיר ה-MEG במעבדה שלנו.
  • איור 2 - מהנדסים בונים את חדר הבידוד המגנטי עבור מכשיר ה-MEG במעבדה שלנו.

מכשירי SQUID מגניבים

הגיבורים האמיתיים של מכשירי ה-MEG הם חוטי סליל שנקראים SQUID (קיצור של Super-Conducting Quantum Interference Device, בתרגום חופשי: מכשיר מוליך-על להתאבכוּת קוונטית). חוטי ה-SQUID משמשים כמגנטומטר רגיש – גלאי שמאתֵּר את השדה המגנטי של המוח שלכם.

חוטי ה-SQUID רגישים מאוד אולם הם עובדים רק אם הטמפרטורה היא נמוכה להפליא - בסביבות 270 מעלות צלזיוס מתחת לאפס! הסיבה לכך היא שרק בטמפרטורות כאלה החוטים הופכים למוליכי-על (כלומר ההתנגדות שלהם למַעֲבָר זרם צונחת לאפס), ואז הם נהיים רגישים במיוחד לשדות מגנטיים. כדי לשמור על ה-SQUIDs כל כך קרים אנו מכסים אותם בהליום נוזלי, שהוא הנוזל הקר ביותר על פני כדור הארץ.

במהלך הזמן, ההליום הנוזלי מתחמם בהדרגה, מתאדה והופך לגז שמתפשט באוויר. במעבדה שלנו אנו כולאים כמה שיותר מגז ההליום ומעבּים אותו באמצעות דחיסה וקירור במכונות מיוחדות חזרה למצב נוזלי (איור 3). לאחר מכן אנו עושים בו שימוש חוזר במכשיר ה-MEG, ומוודאים שה-SQUIDs שלנו נשארים קרים מאוד!

איור 3 - המכונות האלה דוחסות את גז ההליום ומקררות אותו עד שהוא מתעבה ונהפך שוב לנוזל.
  • איור 3 - המכונות האלה דוחסות את גז ההליום ומקררות אותו עד שהוא מתעבה ונהפך שוב לנוזל.

MEG לילדים

במכונת ה-MEG ישנם מאות חוטי SQUID שמסודרים על-גבי קסדה. קסדת ה-MEG הרגילה מעוצבת עבור מבוגרים ולכן היא גדולה מדי עבור מרבית הילדים. במקרים כאלה, חוטי ה-SQUID רחוקים מדי מהמוח של הילד ואז קשה לקלוט את האותות המגנטיים מהמוח שלו.

למרבה המזל, כיום יש לנו מכשיר MEG עם קסדה קטנה יותר שמתאימה לילדים. המכשיר הזה מאפשר לנו לקבל תמונה טובה בהרבה של מה שקורה במוח שלכם (איור 4) [2].

איור 4 - ראש של ילד בקסדת MEG של מבוגרים (משמאל) ובקסדת MEG של ילדים (מימין).
  • איור 4 - ראש של ילד בקסדת MEG של מבוגרים (משמאל) ובקסדת MEG של ילדים (מימין).
  • הנקודות הירוקות בתמונה מציינות את חוטי ה-SQUID שעל הקסדה. במקרה של קסדת המבוגרים (משמאל), החוטים כל כך רחוקים מהראש של הילד עד שאינם מצליחים לקלוט בצורה טובה את האותות המגנטיים מהמוח. באמצעות קסדה מיוחדת קטנה יותר (מימין), חוטי ה-SQUID ממוקמים קרוב הרבה יותר למוח של הילד, ואז אפשר לקלוט את האותות המגנטיים בצורה טובה.

מה קורה במוח שלכם?

לאחר שרישומי ה-MEG מסתיימים אנו משתמשים במחשב כדי לנסות להבין מה קורה בתוך המוח שלכם.

המחשב מנחש מה עשוי היה לקרות במוח שלכם בזמן הסריקה, ובהתאם לניחוש הזה הוא בונה חיקוי ממוחשב של הפעילות התואמת שהייתה אמורה להימדד על-ידי ה-SQUIDs באותו הזמן. המחשב משווה את הניחוש הזה לפעילות שנרשמה בפועל, וממשיך לתקן ולכוונן את הניחושים עד שהוא מתקרב ככל האפשר למה שה-SQUIDs באמת מדדו.

לאחר מכן המחשב אומר לנו, בהתבסס על הניחוש המוצלח ביותר שאליו הגיע בשלב הקודם, מה היינו מודדים אם יכולנו למקם גלאים ממש בתוך המוח שלכם! (איור 5).

איור 5 - השדות החשמליים שנרשמים דרך ה-MEG (משמאל), ושחזור ממוחשב של הפעילות המוחית שיצרה אותם (מימין).
  • איור 5 - השדות החשמליים שנרשמים דרך ה-MEG (משמאל), ושחזור ממוחשב של הפעילות המוחית שיצרה אותם (מימין).
  • המחשב מנתח את רישומי השדות המגנטיים שמגיעים ממכשיר ה-MEG ומפענח מאיזה חלק במוח הם מגיעים, במקרה זה מחלק שנקרא קליפת המוח השמיעתית וממוקם משני צדי המוח (משמאל בתמונה). לאחר מכן, המחשב משחזר בקירוב את האותות המוחיים שיצרו את אותה הפעילות המגנטית אשר נרשמה מחוץ לגולגולת. במילים אחרות, המחשב אומר לנו מה היינו מודדים אם היינו ממקמים גלאים בתוך המוח, במקרה הזה בקליפת המוח השמיעתית (מימין בתמונה).

מה MEG יכול לספר לנו?

הקשבה לתאי העצב במוח שלכם אינה משימה פשוטה. אולם מכשיר ה-MEG יכול לעזור לנו לענות על כמה שאלות מעניינות מאוד, למשל – כיצד המוח שלכם מפרש ומבין את הדברים שאתם שומעים, רואים וממששים? כיצד תאי העצב באזורים שונים במוח שלכם “מדבּרים” זה עם זה? כיצד השיחות האלה משתנות כשמתבגרים?

MEG יכול לעזור לנו להבין מצבים שונים של פעילות מוחית כמו למשל אפילפסיה, אשר מתרחשת כאשר כל תאי העצב מתחילים “לצעוק” בבת אחת. במעבדה שלנו אנו חוקרים ילדים שמתקשים בדיבור. אנו משתמשים ב-MEG כדי לראות מה קורה במוחות שלהם כאשר הם מנסים לומר מילה כלשהי. אנו חוקרים גם ילדים עם אוטיזם, שחווים קשיים בתקשורת עם אנשים אחרים. מדענים חושבים שהקושי הזה עשוי להיות קשור בהבדלים באופן שבּו תאי העצב שלהם “מדבּרים” זה עם זה, בהשוואה לתקשורת בין תאי העצב אצל אנשים שאינם אוטיסטים.

לסיכום, MEG הוא כלי מדעי נהדר שעוזר לנו להבין את המוחות של ילדים. הכל הודות לאותם חוטי SQUID מגניבים ביותר ורגישותם הגבוהה לשדות המגנטיים הזעירים שנפלטים מהמוח שלכם.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מקורות

[1] Barnes, G., Hillebrand, A., and Hirata, M. 2010. Magnetoencephalogram. Scholarpedia 5:3172. doi: 10.4249/scholarpedia.3172

[2] Tesan, G., Johnson, B. W., Reid, M., Thornton, R., and Crain, S. 2010. Measurement of neuromagnetic brain function in pre-school children with custom sized MEG. J Vis Exp 36:e1693. doi: 10.3791/1693