31386

بيوماركرهاي سيگنال مغزي مربوط به فرآيند بهبود پس از ضايعه نخاعي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي

1401

1403/06/28

دكتر محمدرضا دليري

دكتر عابد خراساني

دانشكده مهندسي برق

آسيب نخاعي (SCI) به آسيب به هر بخش از نخاع اطلاق مي‌شود. وظيفه نخاع، ارسال و دريافت پيام‌ها بين مغز و بقيه بدن است. آسيب نخاعي معمولاً باعث تغييرات دائمي در قدرت، حس و ساير عملكردهاي بدن زير محل آسيب مي‌شود. در سطح جهاني، بيش از 15 ميليون نفر با آسيب نخاعي زندگي مي‌كنند. افرادي كه آسيب نخاعي دارند در معرض خطر بروز شرايط ثانويه ناتوان‌كننده و حتي تهديدكننده زندگي هستند كه مي‌تواند منجر به مرگ زودرس در آن‌ها شود؛ بنابراين شناسايي عواملي كه بتوانند روند بهبود را در اثر ضايعه نخاعي از نوع جزئي دنبال كنند، بسيار ضروري است و مي‌تواند منجر به ابداع روش‌هاي درماني جديد شود. در مطالعه‌ي حاضر، از مجموعه داده‌اي استفاده شد كه در آن سيگنال‌هاي درون‌قشري موش‌ها همزمان با خروجي رفتاري آن‌ها در طي انجام وظيفه فشار اهرم ثبت شد؛ در ادامه پس از پيش‌پردازش داده‌ها توان طيف‌هاي مختلف و همين‌طور نرخ آتش نورون‌ها به همراه همبستگي آن‌ها با خروجي رفتاري محاسبه شدند و براي بررسي بيوماركرهاي بيشتر هم معيارهاي قفل‌شوندگي فاز و كوهرنس بين داده‌هاي LFO و اسپايك محاسبه شدند؛ براي بررسي تغييرات اين معيار‌ها در طول بازه‌ي يك كارآزمايي، ميانگين آن‌ها در طي 3 پنجره‌ي زماني مختلف محاسبه شدند. در مجموع نتايج اين پژوهش نوسانات فركانس پائين با فركانس بين 1 تا 4 هرتز را به عنوان بيوماركرهاي مربوط به روند بهبود پس از ضايعه نخاعي، شناسايي كردند و رابطه‌‌ي مشخصي بين افزايش توان باند LFO و بهبود عملكرد حركتي مشاهده شد. يكي ديگر از مشاهدات اين مطالعه، افزايش نرخ آتش نورون‌ها در حوالي پيك خروجي رفتاري در شرايط پيش از آسيب و كاهش اين نرخ در شرايط پس از آسيب است و همين‌طور معيار قفل‌شوندگي فاز بين اسپايك و LFO هم در سوژه‌هاي سالم، مدولاسيون از خودش نشان مي‌دهد كه پس از آسيب شاهد اعوجاج در آن هستيم. در مجموع نتايج اين مطالعه افق جديدي را در شناسايي روند بهبود پس از ضايعه نخاعي، پيش روي ما قرار داد كه مي‌توان از آن براي اهداف درماني و ... استفاده نمود.

1403/07/24

Neural signal biomarkers related to recovery after spinal cord injury

9/18/2025 12:00:00 AM

Spinal Cord Injury (SCI) refers to damage to any part of the spinal cord. The spinal cord's function is to send and receive messages between the brain and the rest of the body. Spinal injury typically results in permanent changes in strength, sensation, and other bodily functions below the site of the injury. Globally, over 15 million people live with spinal cord injury. Individuals with spinal cord injuries are at risk of developing secondary conditions that can be debilitating and even life-threatening, potentially leading to early death; therefore, identifying factors that can facilitate recovery from partial spinal cord lesions is crucial and may lead to the development of new therapeutic methods. In the present study, a dataset was utilized in which the intracortical signals of rats were recorded simultaneously with their behavioral output during a novel lever-pressing task. Following data preprocessing, the power of various frequency bands and the firing rates of neurons, along with their correlation with behavioral output, were calculated. Additionally, to investigate further biomarkers, phase locking value and coherence between LFO data and spikes were also computed. To examine the changes in these metrics over the duration of a trial, their averages were calculated over three different time windows. Overall, the results of this research identified low-frequency oscillations in the range of 1 to 4 Hz as biomarkers related to the recovery process following spinal cord injury, and a clear relationship was observed between the increase in LFO band power and improvement in motor performance. Another observation of this study was the increase in neuronal firing rates around the peak of behavioral output in pre-injury conditions and a decrease in this rate in post-injury conditions. Additionally, the phase locking value metric between spikes and LFO showed modulation in healthy subjects, but distortion was observed after the injury. Overall, the results of this study opened a new horizon in identifying the recovery process following spinal cord injury, which can be utilized for therapeutic purposes and more.

ضايعه نخاعي , بيوماركر , پتانسيل ميدان محلي , اسپايك , نوسانات فركانس پائين

Spinal Cord Injury , Biomarker , Local Field Potential , Spike , Low Frequency Oscillation

Fateme Daneshvar

Dr Mohammad Reza Daliri