مرکز تحقیقات علوم اعصاب

پیشرفت‌های نوین در روش‌های تصویربرداری عصبی

بخش اول

در سال‌های اخیر پیشرفت‌های قابل توجهی در روش‌های تصویربرداری عصبی رخ داده است و کاربرد انواع تصویربرداری‌های عصبی به عنوان روش‌های غیرتهاجمی در تشخیص زودرس بیماری‌های نورورلوژیکی به ویژه بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی گسترش یافته است. از این رو ما در هریک از شماره‌های فصلنامه علوم اعصاب، حال و آینده به کاربرد‌‌ روش‌های تصویر‌برداری عصبی در تشخیص یک بیماری یا اختلال عصبی خواهیم پرداخت.

• اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) یک بیماری است که به نورون‌های حرکتی فوقانی و تحتانی مغز و نخاع آسیب رسانده و منجر به تخریب پیشرونده عصبی می‌شود. تشخیص ALS دشوار است؛ از زمان شروع ALS تا رسیدن به تشخیص بالینی با تاخیر قابل توجهی مواجه هستیم. همچنین این بیماری پیش‌آگهی ضعیفی دارد.
• ALS یک اختلال نورودژنراتیو (تخریب کننده عصبی) است که به واسطه تجمع پروتئین، اختلالات متابولیک و التهاب عصبی ایجاد می‌شود که به شکل مختصر به شرح ذیل است:
• تجمع پروتئین:

• در ALS، تجمع غیرطبیعی پروتئین ایجاد می‌شود که به پاتوژنز بیماری کمک می‌کند. سیستم یوبیکوئیتین-پروتئازوم که پروتئین‌ها را ترمیم و حذف می‌کند، نقش مهمی در ALS بازی می‌کند.

• التهاب عصبی:

• التهاب عصبی در بسیاری از بیماری‌های تخریب کننده عصبی مانند پارکینسون، آلزایمر و ALS رخ می‌دهد که منجر به فعال شدن سلول‌های آستروگلیال و میکروگلیال می‌­شود. به طور خاص، در ALS مشاهده شده است که گلیاهای فعال (میکروگلیا و آستروسیت‌ها) می‌توانند بر آسیب و مرگ متعاقب نورون‌های حرکتی تأثیر بگذارند. در ALS وجود پروتئین‌های جهش‌یافته (SOD1 و TDP-43)، استرس اکسیداتیو، آسیب میتوکندری و برخی علل دیگر باعث آسیب مداوم می‌شود که می‌تواند موجب فعال شدن مزمن سلول‌های گلیال و در نتیجه یک فرآیند التهابی پایدار شود که قابل تشدید نیز می‌باشد.

• تنظیمات متابولیکی:

• مشاهدات بالینی نشان داده است که هومئوستاز انرژی در ALS تنظیم نشده است. هیپرمتابولیسم- که به عنوان افزایش میزان متابولیسم پایه و مصرف انرژی، تعریف می شود- می‌تواند در اوایل ALS تشخیص داده شده و با پیشرفت بیماری ادامه یابد. پروفایل متابولیک (به دست آمده از پلاسما)

بیماران ALS ،همچنین متابولیت‌های تغییریافته قابل توجهی را شناسایی کرد که با تغییرات در مسیرهای بیوسنتز آمینواسیدها، متابولیسم گلوکز و متابولیسم کبد مطابقت داشت. تجزیه و تحلیل مایع مغزی نخاعی (CSF) بیماران ALS سطوح بالایی از گلوکز و آلفا هیدروکسی بوتیرات(یک نشانگر اولیه مقاومت به انسولین) را نشان داد . مشابه با انسان‌ها، در موش جهش یافته SOD1 نیز، که پرکاربردترین مدل حیوانی برای ALS است، ناهنجاری‌های متابولیک محدود به نورون‌های حرکتی نیست، بلکه آستروسیت ها و الیگودندروسیت‌ها را نیز درگیر می کند و در اوایل بیماری رخ می دهد.

روش‌های تصویربرداری عصبی در تشخیص ALS
روش‌های مختلفی برای تشخیص و درک بهتر ALS استفاده شده است، شامل: مقطع‌نگاری رایانه‌ای تک فوتونی (SPECT[۱])، برش‌نگاری با گسیل پوزیترون (PET[۲])، تصویربرداری تنسور انتشاری (DTI[۳])، تصویریرداری تشدید مغناطیسی کارکردی (fMRI[۴]) و تصویربرداری تشدید مغناطیسی ساختاری ([۵]sMRI)

چندین پروب PET در پاتوفیزیولوژی ALS وجود دارد:

1. تصویربرداری متابولیک گلوکز در بیماران ALS

2. تصویربرداری التهاب عصبی در بیماران ALS

3. تصویربرداری با تراکم سیناپسی یا عصبی در بیماران ALS

4. تصویربرداری از کل پروتئین در بیماران ALS

تصویربرداری متابولیک گلوکز در بیماران ALS:

متابولیسم گلوکز در ALS، منجر به الگوی مشخصی از هیپرمتابولیسم و هیپومتابولیسم در برخی موارد شده است. مخچه، هیپوکامپ، ساقه مغز، شکنج پاراهیپوکامپ قسمت‌هایی هستند که دچار هایپرمتابولیسم می شوند و لوب قدامی مغز، قشر حرکتی (اولیه و تکمیلی)، قشر جلوی مغز، عقده های قاعده‌ای، قشر سینگولات و تالاموس قسمت‌هایی هستند که دچار هایپومتابولیسم می شوند.

تصویربرداری التهاب عصبی در بیماران ALS:

در طول التهاب عصبی، سلول‌های گلیال که سلول‌های غیرعصبی ساکن دستگاه عصبی مرکزی هستند، فعال می‌­شوند و پاسخ‌های بیوشیمیایی مختلفی را برای محافظت از سلول‌های عصبی ایجاد می‌کنند. مسیرهای بیوشیمیایی مختلف نیز فعال می‌شوند؛ از جمله ترشح سیتوکین‌ها و کموکاین‌ها برای تعیین اهداف سلول‌های میکروگلیال و مهاجرت این سلول‌ها.

تصویربرداری با تراکم سیناپسی یا عصبی در بیماران ALS:

برخی از گیرنده‌های انتقال‌دهندهای عصبی روی سلول‌های عصبی و گلیال وجود دارند. رادیو ردیاب‌هایی که به صورت اختصاصی به هر گیرنده عصبی متصل می‌شوند، می‌توانند برای ارزیابی تراکم این گیرنده‌ها در ALS در مقایسه با گروه کنترل استفاده ‌می‌شوند.

تصویربرداری از کل پروتئین در بیماران ALS:
این دسته از تصویربرداری با سه مورد قبلی متفاوت است؛ زیرا این دسته تشکیل تجمعات را در ALS از نظر کمیت بررسی می‌‌کند، در حالی که سایر تصویربرداری‌های یادشده متابولیسم، التهاب عصبی و تراکم سیناپسی را هدف قرار می دهند.
۱) SPECT
این شیوه تصویربرداری، مقطعی از توزیع یک رادیو ردیاب تزریقی را به دست می‌دهد. با این حال در مقایسه با روش قبلی، PET دو فوتون همزمان را از نابودی پوزیترون تشخیص می‌دهد، در حالی که SPECT تشعشعات تک پرتو گاما را از ردیاب‌های رادیویی تشخیص می‌دهد. هزینه‌های زیرساخت‌های SPECT و ردیاب‌های رادیویی عموماً بسیار کمتر از PET است که باعث می‌شود در سرتاسر جهان قابل دسترس‌تر باشد
۲) MRI
یک ابزار تشخیصی قابل اعتماد برای انواع بیماری‌های نورودژنراتیو است، همچنین یک تکنیک غیر‌تهاجمی که می‌تواند تغییرات مغزی را تشخیص داده و آن را برای شناسایی نشانگرهای زیستی اختلالات شناختی، امیدوارکننده سازد.
کاربردهای MRI:

• بررسی عضلانی در بیماران ALS

کاربرد موفقیت آمیز MRI به سوال بالینی موجود در ذهن و قسمتی از بدن که تصویربرداری از آن لازم است بستگی دارد. اگرچه ALS یک بیماری نورودژنراتیو است، یافته‌های حاصل از MRI مغز و عضلات می‌تواند کمک‌کننده باشد. فرآیندهای پاتولوژیک اختلال عصبی عضلانی، شامل اختلال در توزیع آب داخل عضلانی و به دنبال آن تجمع چربی درون عضلانی است، که هر دو با MRI قابل اندازه‌گیری هستند. محتوای چربی عضلات با عملکرد عضلانی در بیماری‌های عصبی-عضلانی، مرتبط است. این ارتباط به نحویست که تغییرات در محتوای چربی مقدم بر تغییرات عملکرد به حساب می آید؛ این مطلب نشان می‌دهد MRI عضلانی کاندیدای بیومارکری قدرتمندی برای بررسی پیش آگهی و اثربخشی درمان است. همچنین MRI عضلانی ممکن است یک نشانگر زیستی مهم برای تشخیص و کنترل تغییر در شدت بیماری باشد.

• بررسی اختلال حافظه در بیماران ALS:

ALS یک اختلال عصبی است که با اختلالات شناختی و رفتاری و علائم حرکتی همراه است. اختلالات مرتبط با حافظه در ALS به وسیله‌ی نشانگرهای زیستی (MRI) به طور بالقوه مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
دراین باب، یافته‌ها در رابطه با ماده خاکستری و ماده سفید تقسیم می شوند.
یافته های sMRI در بیماران ALS:

• یافته‌های ماده خاکستری:

در ALS اختلالات شناختی مانند اختلال در حافظه با تغییرات ماده خاکستری در ارتباط است. مطالعات حجمی MRI از مناطق مختلف مغز به طور مداوم، آتروفی هیپوکامپ را مرتبط با اختلالات یادگیری، حافظه و شناخت نشان داده است. به علاوه، دخالت شکنج پاراهیپوکامپ در اختلال عملکرد شناختی نشان داده شده است.

• یافته‌های ماده سفید:

کاهش حجم ماده سفید در بیماران ALS مشاهده شده است که هر دو ناحیه حرکتی و غیرحرکتی را شامل می‌شود، از جمله آن نواحی که مربوط به فیبرهای اتصال فروتنومپورال هستند. این کاهش‌ها با پروفایل‌های شناختی اجرایی و اختلال حافظه مرتبط است. علاوه بر این، نازک شدن قشر مغز در نواحی دو طرفه فرونتال، گیجگاهی و جداری مشاهده شده است.
sMRI می‌تواند تغییرات مرتبط با حافظه در ALS را با آسیب ساختاری مشاهده شده در مدار پاپز[۱] و هیپوکمپ ارتباط دهد.
آسیب ساختاری در مدار پاپز با اختلالات حافظه در اختلالات عصبی مرتبط است.
یافته‌های DTI در بیماران ALS
در این مدل از تصویربرداری کاهش [۱]FA و افزایش [۲]MD AD[۳] وRD[۴] در ماده سفید نواحی مغزی مرتبط با حافظه، دیده شده است. آسیب آکسونی در تالاموس چپ و جسم پینه‌ای نیز دیده شده است. بیومارکرهای DTI با عملکرد شناختی در بیماران ALS مرتبط است و ارتباط بین یکپارچگی ماده سفید و اختلال شناختی را برجسته می‌کند.
DTI می‌تواند تغییرات ریزساختاری در ماده سفید مرتبط با اختلالات شناختی و مرتبط با حافظه را در ALS شناسایی کند.

یافته‌های fMRI در بیماران ALS
این مدل از تصویربرداری دو وضعیت استراحت و انجام عملکرد را بررسی می‌کند. الگوهای تغییر‌یافته فعال‌سازی مغز در حین انجام وظایف حافظه، از جمله فعالیت جبرانی در نواحی فرونتومپورال و جداری، بیش فعالی هیپوکامپ و کاهش فعالیت در نواحی پیش‌پیشانی، گیجگاهی، جداری و پس سری، دیده شده است. همچنین کاهش ارتباط عملکردی بین مناطق و شبکه‌های مغز مرتبط با حافظه، مانند مخچه و هیپوکامپ، در مدار پاپز و اختلال در ارتباط بین نواحی مختلف قشر مغز، با واسطه تالاموس، دیده شده است. از fMRI برای کشف همبستگی‌های عصبی اختلال حافظه در بیماران ALS و آشکارسازی الگوهای فعال‌سازی عصبی تغییریافته در حین انجام وظایف حافظه در افراد مبتلا به اختلالات استفاده می‌شود.

منبع:

گردآوری:

زهرا عالی داعی
دانشجو دکتری علوم اعصاب، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی