3डी एटलस विस्तृत श्वेत पदार्थ मानचित्रण के लिए मस्तिष्क विच्छेदन और इमेजिंग का विलय करता है

ब्रैडीफो (ब्रेन डिसेक्शन फोटोग्रामेट्री) मानव मस्तिष्क में सफेद पदार्थ कनेक्शन के अध्ययन के लिए एक अभिनव उपकरण है। यथार्थवादी मानचित्र ट्रेंटो विश्वविद्यालय, ट्रेंटो की प्रांतीय हेल्थकेयर सेवा, फोंडाज़ियोन ब्रूनो केसलर और बोर्डो और शेरब्रुक विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं के एक समूह द्वारा विकसित किया गया था।

प्रकाशित पेपर 5 वर्षों से अधिक के सहयोग के परिणामों पर रिपोर्ट करता है और एक नया उपकरण पेश करता है जिसका उपयोग वैज्ञानिक समुदाय पूर्व-विवो विच्छेदन और इन-विवो ट्रैक्टोग्राफी डेटा को सटीक रूप से एकीकृत करने के लिए कर सकता है। इन दो पूरक तकनीकों को मानव श्वेत पदार्थ कनेक्शन के अध्ययन में अब तक कभी भी एकीकृत नहीं किया गया है, और यह एक नई शोध प्रवृत्ति की पुष्टि करता है जहां बहु-विषयक दक्षताएं मिलती हैं, इस मामले में नैदानिक ​​​​तंत्रिका विज्ञान और कृत्रिम बुद्धि।

यह अध्ययन मस्तिष्क ट्यूमर के उपचार और अपक्षयी तंत्रिका संबंधी विकारों के दृष्टिकोण में न्यूरोसर्जरी के लिए और मस्तिष्क प्लास्टिसिटी की क्षमता का उपयोग करने के लिए न्यूरो-पुनर्वास में नई सीमाएं खोलता है।

ब्रैडीफो को एक पेपर में प्रस्तुत किया गया था प्रकाशित में प्रकृति संचारपहली लेखिका के रूप में लौरा ववास्सोरी के साथ। वह ट्रेंटो विश्वविद्यालय के सेंटर फॉर ब्रेन/माइंड साइंसेज (सिमेक) में डॉक्टरेट की छात्रा हैं।

एक अंतःविषय दृष्टिकोण को अपनाते हुए जो क्लिनिकल न्यूरोसाइंस, कृत्रिम बुद्धिमत्ता और न्यूरोएनाटॉमी को जोड़ती है, शोध कार्य का समन्वय सेंटर फॉर मेडिकल साइंसेज (सिस्म्ड), सिमेक और यूनीट्रेंटो के सेलुलर, कम्प्यूटेशनल और इंटीग्रेटिव बायोलॉजी (सिबियो) विभाग के प्रोफेसर और ट्रेंटो में सांता चियारा अस्पताल के न्यूरोसर्जरी ऑपरेटिंग यूनिट के निदेशक सिल्वियो सरुबो द्वारा किया गया था; फोंडाजियोन ब्रूनो केसलर के सेंटर फॉर ऑगमेंटेड इंटेलिजेंस के न्यूरोइन्फॉर्मेटिक्स लेबोरेटरी (एनआईलैब) के प्रमुख पाओलो अवेसानी; और लॉरेंट पेटिट, बोर्डो विश्वविद्यालय के शोधकर्ता। न्यूरोसर्जरी और एनाटोमिकल पैथोलॉजी ऑपरेटिव यूनिट्स के बीच सहयोग, जिसका नेतृत्व सिस्मेड के प्रोफेसर मैटिया बारबेरेस्ची और सिबियो विभाग ने किया, ने विशेष रूप से प्रयोगशालाओं और एनाटोमिकल नमूनों के लिए एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, जो उन्होंने उपलब्ध कराए।

सिल्वियो सरुबो उस नवाचार की व्याख्या करते हैं जो ट्रेंटो को एक प्रभावी रूपक के साथ वैश्विक संदर्भ बिंदु के रूप में स्थापित करता है: मानव मस्तिष्क एक दुनिया है, और ब्रैडीफो एक 3 डी मानचित्र है जो पेशेवरों को मस्तिष्क के कार्यों के राजमार्गों की पहचान करने और न्यूरोसर्जिकल प्रक्रियाओं की तैयारी करते समय या न्यूरोनल एनाटॉमी का अध्ययन और शिक्षण करते समय सटीकता के साथ खुद को उन्मुख करने में सक्षम बनाता है।

यह उपकरण श्वेत पदार्थ अनुसंधान में एक मार्गदर्शक के रूप में कार्य करता है, एक ऐसा क्षेत्र जिसमें इटली और यूरोप अग्रणी हैं, न्यूरो-ऑन्कोलॉजी और न्यूरोमॉड्यूलेशन दोनों में नए चिकित्सीय दृष्टिकोण खोल रहे हैं, “विभिन्न न्यूरोलॉजिकल और मनोरोग रोगों के उपचार के लिए नई सीमाओं में से एक के रूप में मान्यता प्राप्त है।”

प्रारंभिक बिंदु

सरुब्बो बताते हैं, “नैदानिक ​​​​सेटिंग में मस्तिष्क की कनेक्टिंग संरचनाओं का ज्ञान बहुत महत्वपूर्ण है और वैज्ञानिक समुदाय इस ज्ञान का विस्तार करने के लिए कड़ी मेहनत कर रहा है।”

“सबसे ऊपर, हम कम से कम आक्रामक तरीके से काम करने की कोशिश कर रहे हैं। पिछले बीस वर्षों में, फाइबर मार्गों के पुनर्निर्माण के लिए प्रसार एमआरआई ट्रैक्टोग्राफी का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है: यह तकनीक सफेद पदार्थ के भीतर पानी में प्रसार गुणांक की गणना करती है और एक व्युत्पन्न छवि लौटाती है।

“हालाँकि, इस तकनीक की कुछ सीमाएँ हैं और यह कई झूठी सकारात्मकताएँ उत्पन्न करती है। इसलिए परिणामों को मान्य करने के लिए बुनियादी शरीर रचना पर वापस जाना आवश्यक है। अब तक, ऐसा करने का एकमात्र तरीका माइक्रोडिसेक्शन के माध्यम से रहा है, जिसका अर्थ है प्रयोगशाला में पूर्व-विवो ऊतकों को विच्छेदित करना।”

हजारों छवियाँ एक 3D मॉडल लौटाती हैं

जैसा कि शोधकर्ता बताते हैं, अब तक समस्या पूर्व-विवो को इन-विवो स्पेस में एकीकृत करने के तरीके की कमी रही है, और यह शोध का शुरुआती बिंदु था। वास्तव में, यह पेपर इस बात की कहानी है कि कैसे सरुब्बो और अवेसानी की टीमों ने आभासी तरीके से पूर्व-विवो शरीर रचना विज्ञान को ईमानदारी से पुन: पेश करने का प्रबंधन करते हुए इस समस्या को हल किया। उन्होंने इसे ब्रैडीफो के साथ किया।

न्यूरोसर्जन कहते हैं, “पहली बार, यह उपकरण रेडियोलॉजिकल स्पेस में एक शारीरिक नमूना रखता है।” “अब पूर्व-विवो और इन-विवो शरीर रचना विलीन हो सकती है, और हम तुलना कर सकते हैं, उन्हें काट सकते हैं और मात्रात्मक माप कर सकते हैं: सरल शब्दों में, एक मूल्यांकन करें जो न केवल गुणात्मक (अर्थात, दृश्य) है, बल्कि मात्रात्मक भी है।

“नमूने के विच्छेदन की एक एकल छवि बनाने के बजाय, हम अलग-अलग समय पर हजारों तस्वीरें बनाते हैं। हम दो बहुत उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले कैमरों द्वारा ली गई हजारों तस्वीरों के बारे में बात कर रहे हैं, जो विभिन्न कोणों से 360 डिग्री के पार हर डिग्री पर एक शॉट लेते हैं, जो कृत्रिम बुद्धिमत्ता के लिए भी धन्यवाद, बहुत उच्च रिज़ॉल्यूशन पर शारीरिक नमूने का 3 डी मॉडल बन जाता है। इस मॉडल को चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग के साथ जोड़ा जा सकता है।”

कृत्रिम बुद्धि की भूमिका

“कृत्रिम बुद्धिमत्ता,” अवेसानी याद करते हैं, “मस्तिष्क कनेक्टिविटी के व्यक्तिगत पुनर्निर्माण में एक निर्णायक योगदान देता है, जिससे फाइबर नेटवर्क और उनकी शारीरिक विविधताओं के व्यक्तिगत विश्लेषण की अनुमति मिलती है। लेकिन हम जानते हैं कि, विशेष रूप से नैदानिक ​​​​सेटिंग में, इसके परिणाम व्याख्या योग्य और समझाने योग्य होने चाहिए। मस्तिष्क के पूर्व-विवो विच्छेदन के फोटोग्राममेट्रिक मॉडल एक आवश्यक शारीरिक संदर्भ प्रदान करते हैं, जिससे चिकित्सकों को ट्रैक्टोग्राफी को संदर्भ में रखने और “कृत्रिम बुद्धि” द्वारा उत्पन्न डेटा को अधिक सचेत रूप से एकीकृत करने की अनुमति मिलती है।

“अगर हम वैयक्तिकृत चिकित्सा के भविष्य को देखें,” अवेसानी आगे कहते हैं, “प्रमुख चुनौतियों में से एक आंतरिक अंतर-व्यक्तिगत मतभेदों और विहित मॉडल से पैथोलॉजिकल विचलन के बीच अंतर करना है। इस चुनौती को संबोधित करने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता एक आवश्यक उपकरण है, बहुआयामी और अत्यधिक जटिल डेटा को एकीकृत और विश्लेषण करने की इसकी क्षमता के लिए धन्यवाद।”

सर्जरी, क्लिनिक और शिक्षण के लिए नई सीमाएँ

अब तक, 12 शारीरिक नमूनों का फोटोग्रामेट्री में अनुवाद किया जा चुका है और हैं ऑनलाइन उपलब्ध है संपूर्ण वैज्ञानिक समुदाय के लिए निःशुल्क। लेख में, सरुब्बो कहते हैं, हम “शारीरिक जानकारी को मान्य करने और इसे प्रमाणित करने की एक नई विधि प्रस्तुत करते हैं: दुनिया की सभी प्रयोगशालाएं शारीरिक विच्छेदन और ट्रैक्टोग्राफ़िक पुनर्निर्माण को डाउनलोड करने में सक्षम होंगी जिन्हें हमने उदाहरण के रूप में उपयोग किया है।

“दुनिया में न्यूरोसर्जरी के किसी भी विभाग में,” वह आगे कहते हैं, “एक न्यूरोसर्जन मॉडल डाउनलोड कर सकता है और उस मामले के ट्यूमर को सुपरइम्पोज़ कर सकता है जिस पर वे ऑपरेशन करने जा रहे हैं, इसे संरचनात्मक संदर्भ में देख सकते हैं, इसकी शारीरिक रचना सीख सकते हैं और उपचार रणनीति की बेहतर योजना बना सकते हैं।”

एक सच्चा मानचित्र जो न्यूरोसर्जनों के हाथों को नुकसान पहुंचाने के जोखिम के बिना कार्यात्मक प्रणालियों के माध्यम से मार्गदर्शन करेगा। सरुब्बो बताते हैं, “यह मस्तिष्क का एक सच्चा एटलस है, पूर्व-विवो और इन-विवो की तुलना करने और वास्तविक शरीर रचना को काफी हद तक पुनर्निर्माण करने के लिए एक संसाधन है, और यह प्रक्रियाओं की योजना बनाने और अध्ययन करने के लिए बहुत उपयोगी है, बल्कि भविष्य के डॉक्टरों और विशेषज्ञों को सिखाने के लिए भी है। हम पहले से ही इस उद्देश्य के लिए ट्रेंटो विश्वविद्यालय में मस्तिष्क कार्यों की शारीरिक रचना के पाठ्यक्रम के लिए उपकरण का उपयोग कर चुके हैं।”

लेकिन वास्तव में यह जानने का मतलब है कि मानव मस्तिष्क कैसे बना है, इसका अर्थ अन्य मोर्चों पर कार्य करने में सक्षम होना भी है। सरुब्बो कहते हैं, “यह तकनीक शैक्षणिक माहौल से परे है। इसका मतलब सर्जिकल निर्णय लेने में सक्षम होना भी है। नैदानिक ​​​​दृष्टिकोण से, उदाहरण के लिए, कुछ न्यूरोलॉजिकल विकारों के उपचार में, यह जानना बहुत उपयोगी है कि मस्तिष्क का कौन सा हिस्सा पहले खराब हो जाता है और पुन: उत्पन्न करने, उत्तेजित करने या न्यूरोमोड्यूलेट करने के लिए कहां हस्तक्षेप करना है।

“न्यूरोमॉड्यूलेशन विभिन्न न्यूरोलॉजिकल रोगों के उपचार में नई सीमा है, जैसे कि पार्किंसंस रोग जैसे आंदोलन विकार। इन मामलों में उपचार में, उदाहरण के लिए, गहरी मस्तिष्क संरचनाओं की उत्तेजना शामिल है। हालांकि, चिकित्सीय परिणामों को और बेहतर बनाने के लिए मानव मस्तिष्क के बाकी हिस्सों के साथ उनके संबंध के कई पहलुओं का अभी भी पता लगाया जाना बाकी है। महत्वपूर्ण बात यह जानना है कि सटीक तरीके से हस्तक्षेप करने में सक्षम होने के लिए क्या संशोधित करने की आवश्यकता है। ब्रैडीफो इसमें हमारी मदद करता है।”