How do we safely study living brains? - John Borghi and Elizabeth Waters

المترجم: Eman Sabry المدقّق: Yomna Elhaddad

As far as we know,

على حد علمنا،

there’s only one thing in our solar system sophisticated enough to study itself:

هناك شيء واحد فقط في نظامنا الشمسي متطور بدرجة كافية لدراسة نفسه:

the human brain.

الدماغ البشري.

But this self-investigation is incredibly challenging;

لكن هذا التحقيق الذاتي هو تحد لا يصدق.

a living brain is shielded by a thick skull,

فالدماغ الحي محمي بواسطة جمجمة سميكة،

swaddled in layers of protective tissue,

وملفوف في طبقات من الأنسجة الواقية،

and made up of billions of tiny, connected cells.

ويتألف من مليارات الخلايا الصغيرة والمترابطة.

That’s why it’s so difficult to isolate, observe, and understand diseases

وهذا هو سبب صعوبة عزل وملاحظة وفهم أمراض

like Alzheimer’s.

مثل مرض الزهايمر.

So how do we study living brains without harming their owners?

إذن كيف ندرس العقول الحية دون الإضرار بمالكيها؟

يمكننا استخدام ثلاث تقنيات تسمى الرسم الكهربائي للدماغ

We can use a trio of techniques called EEG,

والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي

fMRI,

and PET.

والتصوير المقطعي البوزيتروني.

Each measures something different and has its own strengths and weaknesses,

يقيس كل منها شيئًا مختلفًا ولكل منها نقاط قوته ونقاط ضعفه،

and we’ll look at each in turn.

وسننظر إلى كل منها على حدة.

First is EEG, or electroencephalography,

أولًا هناك ( إي إي جي)، أو الرسم الكهربائي للدماغ،

which measures electrical activity in your brain.

والذي يقيس النشاط الكهربائي في دماغك.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

تُننتج خلايا الدماغ أثناء تواصلها موجات من الكهرباء.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

وتعمل أقطاب كهربائية وضعت على الجمجمة على التقاط هذه الموجات،

and differences in the signals detected between electrodes

والاختلافات في الإشارات المكتشفة بين الأقطاب الكهربائية

provide information about what’s happening.

توفر معلومات حول ما يحدث.

This technique was invented almost 100 years ago,

تم اختراع هذه التقنية منذ 100 عام تقريبًا،

and it’s still used to diagnose conditions like epilepsy and sleep disorders.

وما زالت تُستخدم لتشخيص حالات مثل الصرع واضطرابات النوم.

It’s also used to investigate what areas of the brain are active

وتُستخدم أيضًا للتحقيق في المناطق النشطة من الدماغ

during learning or paying attention.

أثناء التعلم أو الانتباه.

EEG is non-invasive,

يعتبر الرسم الكهربائي غير جراحي،

relatively inexpensive,

وغير مكلف نسبيًا،

and fast:

وسريعًا:

it can measure changes that occur in just milliseconds.

يمكنه قياس التغييرات التي تحدث في جزء من الألف من الثانية.

Unfortunately, it’s hard to determine

للأسف، يصعب تحديد

exactly where any particular pattern originates.

مكان ظهور أي نمط معين بالضبط.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

يتم توليد الإشارات الكهربائية باستمرار في جميع أنحاء الدماغ

and they interact with each other to produce complex patterns.

وتتفاعل مع بعضها البعض لإنتاج أنماط معقدة.

Using more electrodes or sophisticated data-processing algorithms can help.

وقد يساعد استخدام المزيد من الأقطاب الكهربائية أو خوارزميات معالجة البيانات.

But in the end, while EEG can tell you precisely when certain activity occurs,

ولكن في النهاية، بينما يمكن لتخطيط الدماغ أن يخبرك بدقة عن وقت حدوث نشاط معين،

it can’t tell you precisely where.

فإنه لا يمكنه إخبارك بالضبط أين.

To do that, you’d need another technique,

للقيام بذلك، تحتاج إلى تقنية أخرى،

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، أو فحص (الإم آر آي).

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

يقيس الجهاز مدى سرعة استهلاك الأكسجين من قبل خلايا الدماغ.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

تستخدم المناطق النشطة في الدماغ الأكسجين بسرعة أكبر.

So watching an fMRI scan while a person completes cognitive or behavioral tasks

لذا، فإن مشاهدة الفحص أثناء إكمال الشخص لمهام معرفية أو سلوكية

can provide information about which regions of the brain might be involved.

يمكن أن يوفر معلومات حول مناطق الدماغ التي تشارك فيها.

That allows us to study everything from how we see faces

يتيح لنا ذلك دراسة كل شيء من كيفية رؤيتنا للوجوه

to how we understand what we’re feeling.

إلى كيفية فهمنا لما نشعر به.

fMRI can pinpoint differences in brain activity to within a few millimeters,

يمكن للرنين المغناطيسي تحديد الفروق في نشاط الدماغ إلى بضعة مليمترات،

but it’s thousands of times slower than EEG.

ولكنه أبطأ آلاف المرات من الرسم الكهربائي للدماغ.

Using the two techniques together

استخدام التقنيتين معًا

can help show when, and where, neural activity is occurring.

يمكن أن يساعد في إظهار متى وأين يحدث النشاط العصبي.

The third, even more precise, technique is called positron emission tomography

وتسمى التقنية الثالثة والأكثر دقة، التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني،

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

وتقيس العناصر المشعة التي تدخل إلى الدماغ.

That sounds much scarier than it actually is;

هذا يبدو أكثر ترويعًا مما هو عليه في الواقع.

PET scans, like fMRI and EEG, are completely safe.

إن فحوصات (بي إي تي) مثل (الإم آر آي) و( إي إي جي)، آمنة تمامًا.

During a PET scan, a small amount of radioactive material called a tracer

أثناء فحص (بي إي تي)، يتم حقن كمية صغيرة من المواد المشعة تسمى القائفة المشعّة

is injected into the bloodstream,

في مجرى الدم،

and doctors monitor its circulation through the brain.

ويراقب الأطباء دورانها عبر الدماغ.

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

عن طريق تعديل القائفة المشعّة لربط جزيئات معينة،

researchers can use PET to study the complex chemistry in our brains.

يمكن للباحثين استخدام فحص (بي إي تي) لدراسة الكيمياء المعقدة في أدمغتنا.

It’s useful for studying how drugs affect the brain

إنه مفيد في دراسة كيفية تأثير العقاقير على الدماغ

and detecting diseases like Alzheimer’s.

والكشف عن أمراض مثل مرض الزهايمر.

But this technique has the lowest time resolution of all

ولكن هذه التقنية تتمتع بأقل وقت للاستبانة

because it takes minutes for the tracer to circulate and changes to show up.

لأن انتقال القائفة المشعة وظهور التغييرات يستغرق دقائق.

These techniques collectively help doctors and scientists

تساعد هذه التقنيات بشكل جماعي الأطباء والعلماء

connect what happens in the brain with our behavior.

على ربط ما يحدث في الدماغ مع سلوكنا.

But they’re also limited by how much we still don't know.

ولكنها أيضًا محدودة بالمقدار الذي ما زلنا لا نعرفه.

For example, let's say researchers are interested in studying how memory works.

على سبيل المثال، لنفترض أن الباحثين مهتمون بدراسة كيفية عمل الذاكرة.

After asking 50 participants to memorize a series of images while in MRI scanners,

بعد أن طُلب من 50 مشاركًا حفظ سلسلة صورٍ أثناء التصوير باستخدام ماسحات (الإم آر آي)

the researchers might analyze the results

يمكن للباحثين تحليل النتائج

and discover a number of active brain regions.

واكتشاف عدد من مناطق الدماغ النشطة.

Making a link between memory and specific parts of the brain

إن تحديد رابط بين الذاكرة وأجزاء معينة من الدماغ

is an important step forward.

خطوة مهمة إلى الأمام.

But future research would be necessary

لكن الأبحاث المستقبلية ستكون ضرورية

to better understand what’s happening in each region,

لفهم ما يحدث في كل منطقة بشكل أفضل،

how they work together,

وكيف تعمل معًا،

and whether the activity is because of their involvement in memory

وما إذا كان النشاط راجعًا إلى مشاركتها في الذاكرة

or another process occurring simultaneously.

أو أي عملية أخرى تحدث في نفس الوقت.

More advanced imaging and analysis technology

يمكن لتكنولوجيا تصوير وتحليل أكثر تقدمًا

might one day provide more accurate results

أن تقدم يومًا ما نتائج أكثر دقة

and even distinguish

وقد تميز

the activity of individual neurons.

نشاط الخلايا العصبية الفردية.

Until then, our brains will keep measuring, analyzing, and innovating

إلى ذلك الحين، سوف تستمر أدمغتنا في القياس والتحليل والابتكار

in pursuit of that quest to understand

سعيًا وراء فهم

one of the most remarkable things we’ve ever encountered.

واحدة من أكثر الأشياء الرائعة التي واجهناها على الإطلاق.