کلید بازیابی هوشیاری
اندازه‌گیری آگاهی؛ از آزمایشگاه تا درمانگاه
آگاهی در کجای مغز ظاهر می‌شود؟ آیا می‌توان نشانه‌های ضعیفی از هوشیاری را پس از ازدستدادن آن شناسایی کرد؟ آیا راهی برای بازگرداندن هوشیاری به بیماری که دچار آسیب شدید مغزی شده، وجود دارد؟
مریم مرامی-کارشناس ارشد علوم شناختی: آگاهی در کجای مغز ظاهر می‌شود؟ آیا می‌توان نشانه‌های ضعیفی از هوشیاری را پس از ازدستدادن آن شناسایی کرد؟ آیا راهی برای بازگرداندن هوشیاری به بیماری که دچار آسیب شدید مغزی شده، وجود دارد؟ دانشمندان تلاش کرده‌اند اسرار آگاهی را کشف کنند و پیشرفت قابل توجهی نیز در این زمینه داشته‌اند: آنها روش‌های جدیدی را برای تشخیص بهتر حالات مختلف هوشیاری در سطح مغز -از بیداری تا خواب، بیهوشی، تا اختلال در اثر آسیب مغزی- توسعه داده‌اند و به سمت درمان‌های بالقوه جدید و مراقبت بهتر برای افرادی که هوشیاری را از دست داده‌اند، پیشرفت کرده‌اند. اینکه آگاه بودن دقیقا به چه معناست در میان فیلسوفان و دانشمندان مورد بحث است، اکثر تعاریف بر توانایی داشتن تجربیات ذهنی متمرکز شده است -احساس درونی از دیدن یک تصویر، شنیدن یک صدا، فکر کردن به یک فکر یا احساس. برای پزشکانی که روی اختلالات هوشیاری کار می‌کنند، چنین سؤالاتی باید در سطح عملی‌تری پاسخ داده شوند. در اینجا، تشخیص حالات هوشیاری بیمار باید با موارد قابل مشاهده مرتبط باشد -علائم هوشیاری و پاسخ‌گویی اولین موارد در چک‌لیست هستند. حالا اگر بیمار به‌هیچ‌وجه نتواند پاسخ دهد، اما همچنان سطحی از آگاهی، احساسات یا حتی درد حاد نیاز به درمان را حفظ کند، چه؟
در پی نشانه‌های آگاهی
هر ساله هزاران نفر از بیماران پس از صدمات شدید مغزی به خدمات اورژانس فرستاده می‌شوند. ارزیابی صحیح سطح هوشیاری برای تشخیص کافی، تصمیم درمانی و توان‌بخشی مهم است. یک تیم چند ملیتی از دانشمندان در حال کار روی روش‌های جدید برای تشخیص حالت‌های هوشیاری در سطح مغز هستند. آنها با آزمایش‌های پیچیده، مدل‌سازی و تئوری، در جست‌وجوی نشانه‌های قابل اعتمادی هستند که نشان می‌دهد آیا بیمار حتی وقتی به میزان کمی هوشیار است قادر به بهبودی هست یا نه. دانشمندان در دانشگاه میلان یک رویکرد غیرتهاجمی جدید برای اندازه‌گیری سطح هوشیاری ایجاد کرده‌اند که شاخص پیچیدگی آشفتگی (PCI) نام دارد. برای این کار، یک پالس مغناطیسی ضعیف به سر بیمار ارسال می‌شود. این پالس مغناطیسی به‌طور لحظه‌ای فعالیت الکتریکی مغز را که همیشه در مغز زنده وجود دارد -در حالت بیداری و خواب، در هنگام بیهوشی و حتی در هنگام کمای عمیق، مختل می‌کند. پاسخ مغز به این نبض به‌طور هم‌زمان اندازه‌گیری می‌شود. این روش نشان می‌دهد که قدرت پاسخ نیست که نشان‌دهنده سطح هوشیاری یک فرد است، بلکه پیچیدگی آن است که می‌تواند به صورت یک عدد محاسبه شود. بنابراین PCI می‌تواند به یک پیشرفت بالینی قدرتمند برای اختلالات هوشیاری تبدیل شود. برای اینکه از الگوهای پاسخ مغز به محرک‌های خارجی درک بهتری داشته باشیم و ارتباط آنها با حالات مغزی در سطح کل مغز را بدانیم، دانشمندان بالینی با دانشمندان علوم اعصاب نظری همکاری مشترکی را برای مدل‌سازی و شبیه‌سازی این حالات مغزی در رایانه آغاز کردند. این مدل‌های محاسباتی چند مقیاسی شبکه‌های مغزی مرتبط با حالت‌های مختلف هوشیاری، درک داده‌های PCI را امکان‌پذیر می‌کنند و اجازه می‌دهند داده‌ها در مقیاس‌های مختلف -از سطح نورون‌ها تا کل مغز- یکپارچه شوند. به‌راستی کاهش پیچیدگی اندازه‌گیری‌شده توسط PCI چه مکانیسمی دارد؟ مطالعات بالینی قبلا نشان داده بود که ازدستدادن پیچیدگی مغز در هنگام اختلالات هوشیاری به دلیل تمایل پاتولوژیک مدارهای قشر مغز به خاموش‌شدن (یا به‌اصطلاح دوره‌های خاموشی) پس از دریافت ورودی است. در سال ۲۰۲۲ محققان این فرایند را در مدل‌های حیوانی مطالعه کرده و درک عمیق‌تر و پویاتری از این دوره‌های خاموش ارائه کردند و به این ترتیب توانستند امکان مداخلات درمانی بالقوه را فراهم کنند.
حالت‌های متمایز آگاهی
مطالعات اخیر کمک زیادی به مقابله با چالش تشخیص صحیح سطوح هوشیاری و مراقبت بالینی بهتر برای بیمارانی که از آسیب مغزی شدید رنج می‌برند، داشته است. از جمله توسعه تکنیک‌های جدیدی که ممکن است درنهایت به محققان و پزشکان اجازه دهد تا دو وضعیت عصبی خاص را تشخیص دهند: سندرم بیداری بدون پاسخ و حالت حداقل هوشیاری. سندرم بیداری بی‌پاسخ که قبلا به عنوان وضعیت نباتی شناخته می‌شد، وضعیت بیماری است که از کما بیدار می‌شود (یعنی چشم‌ها را باز می‌کند) اما به محیط و دستورات کلامی پاسخ نمی‌دهد و فقط حرکات بازتابی را نشان می‌دهد. در مقابل، بیمارانی که در حالت حداقل هوشیاری قرار دارند، تمایل دارند علائم کوچکی از آگاهی مانند ردیابی حرکات با چشم یا حرکت انگشت از خود نشان دهند. محققان از داده‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) برای ارزیابی جنبه‌های مختلف ساختار مغز و پویایی شبکه استفاده کردند و نشان دادند که این تکنیک‌های مبتنی بر مغز برای اندازه‌گیری اتصال عملکردی به اندازه کافی حساس هستند تا تفاوت‌های مرتبط را برای تمایز بهتر این دو حالت در تشخیص نشان دهند.
الهام از فیزیک
در جست‌وجوی رویکردهای نظری بهتر برای اندازه‌گیری و مدل‌سازی سطوح هوشیاری، از فیزیک هم الهام گرفته شده است؛ قانون دوم ترمودینامیک. برای سال‌ها محققان در حال بررسی چگونگی تغییر دینامیک مغز در حالات مختلف بودند. اکنون براساس یک ایده کلیدی ترمودینامیک -زمانی که یک فرایند برگشت‌ناپذیر در یک سیستم اتفاق می‌افتد، آنتروپی تولید افزایش می‌یابد - محققان چارچوب جدیدی را برای یافتن نشانه‌های دقیق سه حالت مغز ایجاد کرده‌اند: بیدار، خواب عمیق و بیهوش. محققان روابط بخش‌های مختلف مغز را با مجموعه داده‌های بزرگ fMRI انسانی، تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که در حالت‌های ناخودآگاه، عدم برگشت‌پذیری اندازه‌گیری‌شده فعالیت مغز کاهش می‌یابد. این نشانگر زیستی بسیار خوبی برای طبقه‌بندی حالات مختلف مغز است.
استفاده از هوش مصنوعی
پزشکان از ابزارهای پیشرفته هوش مصنوعی برای کاهش عدم قطعیت تشخیصی در بازماندگان کما بهره می‌گیرند. محققان اندازه‌گیری‌های الکتریکی عملکرد مغز را در بیش از صد شرکت‌کننده تحت شرایط مختلف تغییر هوشیاری از جمله خواب، بیهوشی و آسیب‌های مغزی شدید، تجزیه و تحلیل کردند. آنها از یادگیری عمیق برای جداکردن اجزای آگاهی از داده‌ها استفاده کردند. علاوه بر مقابله با چالش اندازه‌گیری حالت‌های هوشیاری برای اهداف تشخیصی، محققان در حال کار روی رویکردهای درمانی جدید برای کمک به بیماران بیهوش هستند و اخیرا پیشرفت دیگری نیز داشته‌اند. آنها شواهدی پیدا کرده‌اند که نشان می‌دهد تحریک عمیق مغز (DBS) ممکن است پتانسیل بازگرداندن بیداری و آگاهی را در بیماران مبتلا به اختلالات هوشیاری در پی داشته باشد. مطالعات تصویربرداری مغز قبلا نشان داده بود که بازیابی ارتباط بین قشر مغز و تالاموس ممکن است کلید بازیابی هوشیاری باشد و اکنون نشان داده که مرکز تالاموس هدف مناسبی برای تحریک به‌منظور بازگرداندن سطوح هوشیاری است.
