مدل‌سازی سر و شبیه‌سازی تحریک غیرتهاجمی مغز با SimNIBS

معرفی خدمت

تحریک غیرتهاجمی مغز (Non-Invasive Brain Stimulation – NIBS) یکی از روش‌های نوین در پژوهش‌ها و مداخلات بالینی علوم اعصاب است که با القای میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی، فعالیت نورونی را تعدیل می‌کند. با این حال، پژوهش‌ها نشان داده‌اند که توزیع فضایی این میدان‌ها در مغز بسیار پیچیده بوده و به‌شدت تحت تأثیر آناتومی منحصربه‌فرد هر فرد قرار دارد.

به همین دلیل، استفاده از پروتکل‌های تحریک یکسان برای همه افراد می‌تواند منجر به نتایج غیرقابل پیش‌بینی، کاهش اثربخشی یا حتی افزایش ریسک مداخلات شود. از این رو، پیش از اجرای هر پروتکل تحریک مغزی، لازم است با استفاده از تصاویر MRI ساختاری، مدل‌سازی عددی سر و شبیه‌سازی میدان‌های القاشده در مغز انجام گیرد.

 SimNIBS (Simulation of Non-Invasive Brain Stimulation) یک نرم‌افزار پیشرفته برای تحقق این هدف است که امکان شبیه‌سازی دقیق و فردمحور تحریک‌های مغزی را فراهم می‌کند.

SimNIBS چیست؟

SimNIBS  یک چارچوب محاسباتی مبتنی بر مدل‌سازی اجزای محدود (FEM) است که با استفاده از تصاویر MRI ساختاری T1 و در صورت نیازT2 ، مدل آناتومیکی دقیق سر را ایجاد کرده و توزیع میدان‌های الکتریکی یا مغناطیسی ناشی از تحریک‌های tDCS، tES  و TMS را شبیه‌سازی می‌کند.

این نرم‌افزار امکان مصورسازی و تحلیل کمی میدان‌ها در بافت‌های مختلف از جمله ماده خاکستری، ماده سفید، مایع مغزی–نخاعی و جمجمه را فراهم می‌سازد و نقش مهمی در طراحی پروتکل‌های تحریک ایمن، هدفمند و شخصی‌سازی‌شده دارد.

خدمات آزمایشگاه در حوزه SimNIBS

آزمایشگاه پردازش تصویر خدمات زیر را در حوزه SimNIBS ارائه می‌دهد:

  • مدل‌سازی شخصی‌سازی‌شده سر بر اساس تصاویر MRI وزن‌دهی T1 و T2
  • سگمنتیشن بافت‌های سر و تولید مش حجمی (FEM)
  • شبیه‌سازی تحریک الکتریکی مغز (tDCS / tES)
  • شبیه‌سازی تحریک مغناطیسی مغز (TMS)
  • تحلیل و مصورسازی توزیع میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی
  • تعیین محل، جهت و زاویه بهینه الکترودها یا کویل TMS
  • بهینه‌سازی شدت و چینش محرک‌ها
  • مشاوره علمی در تفسیر نتایج شبیه‌سازی برای پروژه‌های پژوهشی و بالینی

این خدمت مناسب چه کسانی است؟

خدمات SimNIBS برای گروه‌های زیر مناسب است:

  • پژوهشگران حوزه نورومدولاسیون و علوم اعصاب
  • روان‌شناسان، نوروتراپیست‌ها و درمانگران حوزه تحریک مغزی
  • پژوهشگران رشته‌های مهندسی پزشکی، علوم شناختی و پزشکی
  • مطالعات بالینی و پژوهشی مرتبط با tDCS، tES  و TMS

کاربردهای پژوهشی و بالینی SimNIBS

  • طراحی پروتکل‌های تحریک مغزی فردمحور
  • افزایش ایمنی و اثربخشی مداخلات تحریک مغزی
  • تحلیل تفاوت‌های فردی در پاسخ به تحریک
  • ادغام شبیه‌سازی میدان با نتایج fMRI و DWI
  • مطالعات چندوجهی (Multimodal Neuroimaging)
  • پشتیبانی از تصمیم‌گیری بالینی مبتنی بر داده‌های کمی

 

دیتاست‌های MRI پیشنهادی (دسترسی آزاد)

برای مدل‌سازی و شبیه‌سازی با SimNIBS، استفاده از دیتاست‌های زیر توصیه می‌شود:

مقالات و منابع علمی معتبر

  • Saturnino et al., SimNIBS 3.0: Advances in individualized electric field modelling for brain stimulation, Brain Stimulation, 2022
  • Thielscher et al., Field modeling for transcranial magnetic stimulation: A useful tool for understanding the physiological effects, Clinical Neurophysiology, 2015
  • Opitz et al., Factors determining the electric field induced by tDCS, NeuroImage, 2015
  • Laakso et al., Electric fields of motor and frontal tDCS in a standard brain space, NeuroImage, 2019
  • Huang et al., Measurements and models of electric fields in the in vivo human brain during transcranial stimulation, eLife, 2017