[د/سمير المليجى]

الفيزياء في علم الأعصاب

في السنوات الأخيرة، لعبت دورا رئيسيا ديه الفيزياء في التقدم السريع في علم الأعصاب الإدراكي. الطرق الأكثر استخداما على نطاق واسع في وظيفة الدماغ ورسم الخرائط، وذلك باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI)، بالذئب وضعت في 1990s في وقت مبكر من قبل علماء الفيزياء ومقرها الولايات المتحدة تعمل في مختبرات في بوسطن، مينيابوليس، موراي هيل واشنطن. أستاذ تيرنر نفسه ما واحدة من رواد التوليف. طرق لتفسير قياسات المجالات المغناطيسية الناتجة عن نشاط الدماغ (MEG) لذلك شهدت تحسنا كبيرا في الآونة الأخيرة في يد الفيزيائيين. وقد ركض الفيزياء من المجالات الكهرومغناطيسية، يدور النووية، والفيزياء الحيوية للأنسجة الدم والدماغ وبالتالي تم الجمع بين لتوفير طرق موسع لم يمكن حل نشاط المخ داخل ملليمتر في الفضاء، أو ميلي ثانية في الوقت المناسب. هذه الأساليب تسمح استكشاف الأسئلة العصبية العميقة فيما يتعلق بتنظيم وظيفة الدماغ البشري، وحتى في العلاقة بين العقل والدماغ. مع تحسين فهم الكثير من وظيفة المخ المعتادة، وأنه لم photoshoped حتى العلاجات القائمة على أكثر تجريبيا لمجموعة واسعة من الحالات العصبية والنفسية يمكن تطويرها.
لهذا السبب، قسم الفيزياء العصبية أنشئت في معهد ماكس بلانك للعلوم المعرفية والبشرية في لايبزيغ. من أجل توسيع حدود تقنيات تصوير الأعصاب إلى الأمام، فمن الضروري دمج جهود الفيزيائيين المهرة في تطوير تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي، العصبية التشريح، صورة المحللين والمهندسين وneuropsychologists. هذه الإدارة لديه الوصول غير المحدود إلى دولة من بين الفن الحقل عالية التصوير بالرنين المغناطيسي الماسح الضوئي مناسبة للاستخدام البشري، والعمل في سبعة تسلا، أي أكثر من ضعف قوة المجال من الماسحات الضوئية التصوير بالرنين المغناطيسي السريرية أقوى المستخدمة اليوم. وبالتالي يمكن للباحثين استخدام مرافق رائعة أخرى للمعهد، بما في ذلك. MEG ماسح ممتازة واثنين 3 T التصوير بالرنين المغناطيسي الماسح الضوئي (انظر NMR الموقع)

رسم خرائط الدماغ، حد سواء وظيفية وتشريحية
التحدي الأكثر إلحاحا هو الإجابة على السؤال التالي: ماذا بعد طرق التصوير بالرنين المغناطيسي يمكن أن يعلمنا فيما يتعلق بنية ووظيفة الدماغ البشري؟ بسبب سجل السلامة ملحوظا MRI، وتقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي يمكن استكشافها بسهولة مع المتطوعين البشر. ارتفاع قوة المجال يسمح باستخدام قرار مكانية عالية جدا، وكذلك فعل تفاصيل الهياكل أقل من نصف مليمتر في الحجم ويمكن تمييز. تنظيم المادة البيضاء في الدماغ، التي تتألف من ألياف العصبية طويلة الرئيسية التي تربط مناطق الدماغ المختلفة، وبالتالي يمكن أن يتم التحقيق مع دقة أكبر بكثير. ويمكن قياس التغيرات في كثافة التصوير بالرنين المغناطيسي صورة تحدثها نشاط الدماغ المحلي مع زيادة الحساسية والدقة المكانية.
ركض وبالتالي يوجد احتمال لفهم علمي أكثر ثراء وأكثر تفصيلا للرابطة وظائف الدماغ مع هياكل الدماغ خاصة. حتى الآن، وقد علم الأعصاب التصوير اعتمد على الجمعية فضفاضة جدا بين موقع في الفضاء، قابلة للطي القشرية، والتحليل النسيجي للبنية الخلية في جيفة الدماغ، فحص كما فعل من برودمان (1909)، للعثور على إجابات تقريبية للسؤال هام: ما هو نوع الأراضي العصبية لديه أي نوع من وظيفة؟ ولكن نحن الآن اكتشاف ذلك أن العديد من مناطق المادة الرمادية لها مظهر مميز في MRI المسح الضوئي، والسماح لنا لتميز بقدر كبير من الدقة ركائز العصبية للدماغ عمليات خاصة. الهدف من رسم العديد من المناطق التوليف، لتشكيل parcellation الطبيعي من المادة الرمادية لكل فرد، هو على مرمى البصر ربما. وعلاوة على ذلك، فإن التغييرات في بنية الدماغ،: مثل سمك المادة الرمادية، ومن المعروف أن تحدث فعلت مع الخبرة أو الممارسة المتكررة، يمكن استكشافها بسهولة أكبر بكثير مما كانت عليه في أقل شدة المجال المغناطيسي.

المتطلبات الفنية
لتحقيق أفضل استفادة من قدرات التوليف قوية يتطلب تقنيات جديدة MRI، الأجهزة الرواية، والاهتمام دقيق جدا لسلامة البشر. في شدة المجال المغناطيسي العادية، صناعة MRI يحافظ على معايير الروتينية وفعالة للغاية السلامة. التعرض للمجالات المغناطيسية ثابتة عالية لم يظهر أي آثار ضارة، على أساس نتائج الاختبار مع الكلب الأحمر من المواضيع الإنسان في العديد من المختبرات في جميع أنحاء العالم، وفي الواقع لا يوجد سبب لتوقع البدني تسعى الآثار. ولكن هناك قضية السلامة في مجال مغناطيسي عال، لصناعة ما لم MRI لتطوير إجراءات موحدة. لإنتاج صور الرنين المغناطيسي يتطلب إثارة للمغنطة يدور البروتونات في جزيئات الماء في الأنسجة. يتم تنفيذ ذلك عن طريق تقديم نبضات الترددات الراديوية الطاقة الكهرومغناطيسية، والتي يمكن من حيث المبدأ تسخين الأنسجة. الضمانات المتأنية التي وضعها MRI المصنعين الماسح الضوئي يجب أن تستكمل في قوة الحقل عالية حسابات المجال الكهرومغناطيسي من خلال توفير حدود مفصلة لتشغيل الماسح الضوئي آمنة. بالتالي يمكن أن الحسابات ابحث في الدليل استراتيجيات لتقنيات المسح الضوئي الأكثر كفاءة، وركض وزارة بالتالي تضم خبراء في مجال النمذجة الترددات الراديوية والأجهزة، لاستكشاف هذا الاحتمال.

isch
Ausgangssprache: Englisch
Physics in Neuroscience
In recent years, played a major role Has physics in the rapid advance of cognitive neuroscience. The most Widely used methods of mapping brain function, using magnetic resonance imaging (fMRI), werewolf developed in the early 1990s by US-based physicists working at labs in Boston, Minneapolis, Murray Hill and Washington. Professor Turner himself what one of synthesis pioneers. Methods for interpreting measurements of magnetic fields generated by brain activity (MEG) so have seen major recent improvement in the hands of physicists. The physics of electromagnetic fields, nuclear spins, and the biophysics of blood and brain tissue have ran thus been combined to Provide noninvasive methods did can resolve brain activity within a millimeter in space, or milliseconds in time. These methods allow the exploration of profound neuropsychological questions Regarding the organization of human brain function, and even the relationship in between mind and brain. With a much improved understanding of normal brain function, it is photoshoped did far more empirically based treatments for a wide range of neurological and psychiatric conditions can be developed.
For this reason, the Department of Neuro Physics HAS BEEN established at the Max Planck Institute for Cognitive and Human Sciences in Leipzig. In order to push forward the frontiers of neuroimaging techniques, it is Necessary to integrate the efforts of physicists skilled in MRI technique development, neuro-anatomists, image analysts, engineers and neuropsychologists. This Department Has unlimited access to a state-of-the-art high field MRI scanner Suitable for human use, working at seven tesla, more than double the field strength of the most powerful clinical MRI scanners used today. Researchers can thus use the other superb facilities of the Institute, Including. MEG an excellent scanner and two 3 T MRI scanner (see NMR web-page)

Brain mapping, Both Functional and Anatomical
The most urgent challenge is to answer the question: what next MRI methods can teach us Regarding the structure and function of the human brain? Because of MRI's remarkable safety record, MRI techniques can be Easily Explored with volunteer human subjects. High field strength Allows the use of very high spatial resolution, so did details of structures less than half a millimeter in size can be distinguished. The organization of the brain's white matter, Consisting of the major long nerve Fibres connecting different brain regions, can therefore be Investigated with much Greater accuracy. Changes in MRI image intensity Caused by local brain activity can be Measured with Greater sensitivity and spatial precision.
Ran thus the potential exists for a richer and more detailed scientific understanding of the association of brain function with Particular brain structures. Until now, imaging neuroscience Has relied on the quite loose association in between location in space, cortical folding, and histological Analyses of cell structure in cadaver brain, examined as did of Brodmann (1909), to find approximate answers to the Important question: what type of neuronal territory Has what type of function? But now we are discovering so that many areas of gray matter have a distinctive appearance in MRI scanning, Allowing us to characterize with great precision the neural substrates for brain Particular Processes. The goal of mapping many of synthesis areas, to form a natural parcellation of gray matter for each individual, is within sight Perhaps. Further More, the changes in brain structure,: such as the thickness of gray matter, are Known to Occur did with repeated experience or practice, can be Explored much more Easily than at lower magnetic field Strengths.

Technical Requirements
To make the best use of powerful synthesis capabilities requires novel MRI techniques, novel hardware, and very careful attention to the safety of human subjects. At normal magnetic field Strengths, MRI industry Maintains routine and highly effective safety standards. Exposure to high steady magnetic fields Has shown no harmful effects, on the basis of test results with dog reds of human subjects in many laboratories across the world, and indeed there is no physical reason to anticipate seeking effects. But there is a safety issue at high magnetic field, for Which the MRI industry Has yet to develop standard procedures. To produce magnetic resonance images requires excitation of the magnetization of the spins of protons in water molecules in tissue. This is Performed by delivering pulses of radio-frequency electromagnetic energy, Which can in principle heat the tissue. The careful safeguards set in place by MRI scanner manufacturers must be supplemented at high field strength electromagnetic field calculations by providing detailed limits to safe scanner operation. Search calculations can therefore guide strategies for the most efficient scanning techniques, and the Department ran thus includes experts in radio-frequency modeling and hardware, to explore this Possibility