استخدم باحثون بقيادة جامعة نورث كارولينا مخططات اتصال الدماغ المصممة بناءً على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي كأداة لتتبع نمو الدماغ في مرحلة الطفولة المبكرة.

وبحسب تقرير على موقع "ميديكال إكسبريس"، رسمت المخططات خريطة لنضج شبكات الدماغ من الولادة وحتى سن السادسة، وحددت التحولات الرئيسية في كيفية تفاعل مناطق الدماغ. ارتبطت الانحرافات عن هذه الأنماط التنموية بشكل كبير باختلافات في القدرة الإدراكية المبكرة، بما في ذلك الشبكات الأولية، والافتراضية، والتحكمية، والانتباه.

تمثل مرحلة الطفولة المبكرة فترة حرجة في نمو الدماغ، حيث تخضع الشبكات العصبية خلالها لتغيرات سريعة ومتغيرة تشكل النمو الإدراكي. في حين أن مخططات النمو البدني تُعدّ أدوات راسخة لمراقبة معايير مثل الطول والوزن، إلا أن المعايير المماثلة لتقييم نمو وظائف الدماغ، مع اختلاف التوقيت بين الأطفال، لا تزال بعيدة المنال.

كشفت منحنيات نمو الدماغ الهيكلي عن وجود ارتباطات بين النمو المتغير والمخاطر النفسية العصبية. برز التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في حالة الراحة كطريقة لالتقاط نشاط الدماغ الوظيفي دون الحاجة إلى أداء المهام، إلا أن استخدامه لرسم مخططات النمو الوظيفي المعياري لم يُطبّق بشكل منهجي.

وفي دراسة بعنوان "رسم مخططات النمو الوظيفي للدماغ من الميلاد وحتى سن السادسة"، والتي نشرت نتائجها في مجلة "السلوك البشري الطبيعي -Nature Human Behaviour"، صمم الباحثون تحليلًا متعدد المراحل للتصوير العصبي لتمييز الاختلافات الوظيفية بين حالتي النوم واليقظة، وإنشاء مخططات نمو وظيفي من الولادة إلى الطفولة المبكرة، وتحديد الارتباطات المحتملة بين مخططات نمو الدماغ والإدراك.

ساهم 501 مشارك في 1091 فحصًا بالرنين المغناطيسي الوظيفي في حالة الراحة جُمعت من خمس مجموعات تصوير أطفال.

طور الباحثون مخططات نمو وظيفي من خلال مواءمة الاختلافات بين حالات التصوير في النوم واليقظة باستخدام الانحدار الشبكي المرن، وتقليل تباين التصوير القائم على الموقع باستخدام طريقة ComBat. استُخلصت بيانات الاتصال الوظيفي باستخدام تقسيم الدماغ بالكامل، وقُيّمت النتائج المعرفية من خلال الارتباطات مع درجات مقاييس مولين للتعلم المبكر.

اختلفت أنماط الاتصال الوظيفي بشكل كبير بين حالتي النوم واليقظة، مع ملاحظة ارتفاع الاتصال الكلي خلال اليقظة. ولتفسير هذه الاختلافات، استخدم الباحثون نماذج التعلم الآلي لتقدير كيفية ظهور اتصال الدماغ أثناء النوم بناءً على مسوحات اليقظة. أتاحت لهم هذه العملية دمج بيانات التصوير ومقارنتها عبر جميع الأعمار.

بعد مواءمة البيانات من حالات تصوير النوم واليقظة، أنتج الباحثون مخططات نمو لثماني شبكات دماغية أساسية تمتد من الميلاد إلى ست سنوات.

- بلغ اتصال الشبكة البصرية ذروته عند حوالي خمسة أشهر، ثم انخفض خلال التخصص، ثم استقر عند 48 شهرًا.

- انخفض الاتصال الحركي الجسدي منذ الولادة واستقر عند 18 شهرًا.

- بلغت قوة الشبكة الحوفية ذروتها عند حوالي 10 أشهر قبل أن تستقر، وتدعم الشبكة الحوفية وظائف العاطفة والسلوك والذاكرة طويلة المدى والشم.

- بلغ اتصال الشبكة الافتراضية ذروته عند بلوغ الطفل حوالي 16 شهرًا، ثم استقر، وتنشط الشبكة الافتراضية عند عدم تركيز الشخص في العالم الخارجي إذ يكون الدماغ في حالة راحة يقظة، مثل حالتي حلم اليقظة والشرود الذهني. قد تنشط أحيانًا خلال الأفكار التفصيلية المتعلقة بأداء المهام الخارجية، وحالات تذكر الماضي والتخطيط للمستقبل.

- ارتفع اتصال الانتباه البطني بسرعة حتى حوالي 21 شهرًا، وظل ثابتًا بعد ذلك، وينشط الانتباه البطني عندما تحدث محفزات ذات الصلة بالسلوك بشكل غير متوقع، وأثناء الانتباه المركز الذي تُستخدم فيه المعالجة من أعلى لأسفل، مثل قيام المرء بالبحث بمجرد النظر عن شيء ما، وهذا بدوره يساهم في حماية الانتباه الموجه نحو الهدف من التشتيت.

- وبدأ اتصال الانتباه الظهري بالارتفاع تدريجيًا عند بلوغ الطفل حوالي 18 شهرًا، وتشارك هذه الشبكة في الانتشار الإرادي للانتباه وإعادة توجيه الأحداث غير المتوقعة. ويسمح هذا التأثير بتوجيه الانتباه.

- ازدادت قوة شبكة التحكم بثبات على مدار فترة السنوات الست.

- وظل الاتصال تحت القشري مرتفعًا ومستقرًا طوال هذه الفترة، ويلعب الاتصال تحت القشري دورًا محوريًا في وظائف مختلفة، مثل التحكم الحركي، والمعالجة العاطفية، والوظائف الإدراكية.

أظهر اثنا عشر زوجًا من الشبكات الوظيفية أيضًا تحولات بين التكامل والتنافس والانفصال بمرور الوقت. وكشفت هذه الأنماط عن كيفية تطور التفاعلات بين أنظمة الدماغ خلال مراحل النمو المبكرة.

ارتبطت الانحرافات عن مخططات النمو الطبيعية ارتباطًا وثيقًا بالأداء المعرفي. وتنبأ الاتصال الوظيفي بنتائج في اللغة التعبيرية والاستقبالية، والمهارات الحركية الدقيقة، والاستقبال البصري، حيث جاءت أقوى المساهمات في التنبؤ المعرفي من الشبكات الأولية، وشبكات التحكم، وشبكات الانتباه، وشبكات الوضع الافتراضي.

تشير النتائج إلى أن تتبع الانحرافات عن أنماط وظائف الدماغ المعيارية قد يسمح بالكشف المبكر عن النمو غير الطبيعي، مما يتيح التدخل في الوقت المناسب. قد تستفيد الدراسات المستقبلية من الحصول على صور عالية الجودة لحالة اليقظة من الرضع لمزيد من التحقق من صحة المخططات وتحسينها.