Predicting Somatosensory Awareness from Intracranially Informed Scalp EEG
تقدم هذه الدراسة نهجاً يعتمد على تعلم الآلة لاستنباط مؤشر غير جراحي لتخطيط كهربية الدماغ (EEG) من فروة الرأس للإدراك الحسي الجسدي الواعي عبر التنبؤ بنشاط المنطقة المدارية الجزيرية داخل الجمجمة، مما يظهر اتساقاً وتعميماً على مستوى الأفراد عبر مجموعات البيانات وحالات الدماغ بشكل يتفوق على المؤشرات الحالية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
لفهم ما يحدث عندما نشعر بشيء ما، ينظر العلماء غالباً إلى الإشارات الكهربائية في الدماغ. فعندما يتم تحفيز عصب ما، ينتج الدماغ تموجاً كهربائياً يمكن التنبؤ به يمكن قياسه من فروة الرأس. ولعقود من الزمن، اعتمد الباحثون على نمط محدد في هذه الإشارات، يُعرف باسم "سلبية الوعي الحسي الجسدي"، لتخمين ما إذا كان الشخص قد شعر باللمس بوعي. يظهر هذا النمط على شكل انخفاض في الجهد الكهربائي بعد حوالي عُشر ثانية من التحفيز. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة تعاني من خلل كبير: فشكل هذا الانخفاض وتوقيته وحجمه يختلف بشكل هائل من شخص لآخر. فما يبدو كعلامة واضحة للوعي لدى فرد واحد قد يبدو كضجيج عشوائي لدى آخر، مما يجعل من الصعب استخدام هذه الإشارة لتحديد ما إذا كان شخص معين مدركاً للإحساس، خاصة إذا كان غير قادر على الكلام أو الحركة لإخبارنا.
يصبح هذا التحدي حرجاً عند التعامل مع المرضى المستيقظين ولكن غير القادرين على التواصل، مثل أولئك الذين في غيبوبة أو نوم عميق. في هذه الحالات، لا يمكن للأطباء أن يسألوا: "هل شعرت بذلك؟" ويجب عليهم الاعتماد كلياً على فحوصات الدماغ لتحديد ما إذا كان الشخص واعياً. تقدم دراسة جديدة أجراها باحثون من جامعة ميلانو ومؤسسات أخرى حلاً محتملاً. فمن خلال الجمع بين التعلم الآلي المتقدم والتسجيلات المتزامنة من كل من فروة الرأس ومن داخل الدماغ، طوروا طريقة جديدة لتقدير ما إذا كان الشخص يشعر باللمس بوعي. وبدلاً من البحث عن شكل محدد في إشارات السطح، تستخدم طريقتهم بيانات فروة الرأس للتنبؤ بنشاط كهربائي محدد ومستمر في أعماق الدماغ، وهو نشاط معروف بارتباطه بالوعي.
بدأ الباحثون بالعمل مع مجموعة صغيرة من المرضى الذين يخضعون بالفعل لمراقبة غازية لعلاج الصرع. كان هؤلاء المرضى لديهم أقطاب كهربائية موضوعة في أعماق أدمغتهم، بالإضافة إلى غطاء عالي الكثافة من المستشعرات على فروات رؤوسهم. وبينما كان المرضى مستيقظين، قام الفريق بتحفيز العصب المتوسط في معاصمهم بنبضة كهربائية خفيفة. ولأن المرضى استطاعوا الإبلاغ عما إذا كانوا قد شعروا بالنبضة أم لا، فقد امتلك الباحثون "حقيقة أرضية" مثالية للمقارنة مع إشارات الدماغ. استخدموا نموذجاً حاسوبياً لتعلم العلاقة بين النشاط الكهربائي على فروة الرأس والاستجابة الكهربائية المحددة والمستمرة التي تحدث في منطقة "العمليات - الجزيرية" (operculo-insular) في الدماغ — وهي منطقة عميقة مرتبطة بالشعور الواعي. تم تدريب النموذج على أخذ الإشارات الفوضوية والمعقدة من فروة الرأس وترجمتها إلى تنبؤ بما يحدث في العمق.
بمجرد تدريب النموذج، اختبره الفريق على مجموعة جديدة تماماً من المتطوعين الأصحاء. تلقى هؤلاء المشاركون محفزات عصبية مماثلة ولكن طُلب منهم الإبلاغ عما إذا كانوا قد شعروا بكل نبضة أم لا. طبق الباحثون نموذجهم المدرب على تسجيلات فروة الرأس لهؤلاء المشاركين الجدد دون تغيير أي إعدادات. ووجدوا أنه عندما أفاد المشاركون بشعورهم بالمحفز، توقع النموذج استجابة كهربائية قوية ومستمرة في مناطق الدماغ العميقة. وعندما لم يشعر المشاركون بالمحفز، كانت الاستجابة المتوقعة ضعيفة أو غائبة. والأهم من ذلك، أن هذه الطريقة عملت باستمرار لكل شخص تم اختباره في هذه المجموعة التطويرية. وعلى عكس الطريقة القديمة، التي فشلت في التمييز بين الوعي واللاوعي لدى العديد من الأفراد بسبب الاختلافات الطبيعية في شكل الدماغ وتوقيت الإشارة، نجحت هذه الطريقة الجديدة في الفصل بين "المحسوس" و"غير المحسوس" لكل مشارك في الدراسة. ومع ذلك، يشير المؤلفون إلى أنه نظرًا لأن عتبة القرار تم اشتقاقها وتقييمها باستخدام نفس مجموعة البيانات، فإن هذا الفصل التام يعكس أداء النموذج على بيانات التطوير وليس تقديراً غير منحاز للحساسية والنوعية في مجتمع جديد.
ولاختبار مدى قوة هذه الأداة حقاً، طبق الباحثون نفس النموذج وقواعد القرار على مجموعة ثالثة من الأشخاص الذين كانوا إما مستيقظين أو في مرحلة نوم عميق جداً. في هذه التجربة، لم يبلغ أحد عما شعر به؛ الفرق الوحيد كان حالتهم من الوعي. نجح النموذج، الذي لم يتم تدريبه أبداً على التمييز بين اليقظة والنوم، في تحديد حالة كل مشارك. فعندما كان المشاركون مستيقظين، توقع النموذج وجود إشارة الوعي. وعندما كانوا في نوم عميق، اختفت الإشارة. حدث هذا رغم أن النموذج تم تدريبه فقط على بيانات من أشخاص مستيقظين ويبلغون عن مشاعرهم. إن حقيقة أن نفس القواعد الرياضية يمكنها التمييز بين دماغ يقظ ومستيقظ ودماغ في نوم عميق تشير إلى أن الطريقة تلتقط اختلافاً بيولوجياً جوهرياً في كيفية معالجة الدماغ للإحساس. ومع ذلك، يحذر الباحثون من وجوب عدم تفسير هذه النتيجة كتحقق مستقل من قدرة الطريقة على تصنيف الإدراك، حيث يمكن أن تحدث أفكار واعية أثناء النوم العميق ولم تكن هناك تقارير تجريبية متاحة لتأكيد ما اختبره المشاركون بالفعل.
قارنت الدراسة أيضاً بين هذا النهج الجديد والمنهج التقليدي المتمثل في البحث عن انخفاض جهد محدد في فروة الرأس. وبينما أظهرت الطريقة التقليدية فرقاً بين المحفزات المحسوسة وغير المحسوسة عند النظر إلى المجموعة ككل، إلا أنها فشلت في تقديم إجابة واضحة للعديد من الأفراد. فقد بدت موجات دماغ بعض الأشخاص وكأنهم مدركون، بينما بدا آخرون وكأنهم غير مدركين، حتى عندما أبلغوا عن الشعور بنفس الشيء. أما الطريقة الجديدة، التي أطلق عليها الباحثون اسم "التوترية المقدرة من فروة الرأس" (Scalp Estimated Tonicity)، فقد قدمت إجابة واضحة ومتسقة لكل فرد في المجموعة التطويرية. لقد حققت فصلاً تاماً في المجموعات الاختبارية، حيث حددت بدقة حالة الوعي لكل شخص في اختبارات اليقظة والنوم، وفي اختبارات الإدراك.
لا يدعي هذا العمل أنه قد حل لغز الوعي، ولا يشير إلى أن الأداة جاهزة للاستخدام الفوري في كل مستشفى. فقد أُجريت الدراسة على عدد قليل نسبياً من الأشخاص، وتم تدريب النموذج على بيانات من مرضى الصرع، على الرغم من أن نقاط الاتصال المستخدمة للنموذج تم اختيارها من أنسجة دماغية سليمة. يقر الباحثون بأن الأداة تحتاج إلى مزيد من الاختبار في البيئات السريرية مع المرضى الذين لا يستطيعون التواصل، لمعرفة ما إذا كان بإمكانها اكتشاف الوعي في حالات مثل الغيبوبة أو الحالات الخضرية. ومع ذلك، توضح النتائج مساراً واضحاً للمضي قدماً. فمن خلال استخدام التعلم الآلي لسد الفجوة بين ما يمكننا رؤيته على فروة الرأس وما يحدث في أعماق الدماغ، أنشأ الباحثون أداة غير غازية أكثر موثوقية بكثير من الطرق السابقة. إنها توفر طريقة للاستماع إلى الحوار الداخلي للدماغ حول الإحساس، مما قد يمنح صوتاً لأولئك الذين لا يستطيعون التحدث عن أنفسهم.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.