Harddwch eich ymennydd a sut i’w weld
“Mae eich bodolaeth, eich personoliaeth, popeth rydych yn ei wneud, popeth rydych yn ei feddwl, popeth rydych wedi’i wneud — mae’r cyfan yna mewn ychydig litrau yn eich pen.”
Mae golau’r haul yn disgleirio ar gornel o Ganolfan Ymchwil Delweddu'r Ymennydd Prifysgol Caerdydd, ac mae detholiad o bosteri ffilm yn hongian ar wal swyddfa’r Athro Derek Jones.
Jones yw cyfarwyddwr y Ganolfan, ac mae’n arbenigwr blaenllaw ar ddelweddu’r ymennydd.
“Mae rhywbeth hudolus am yr ymennydd,” meddai. “Fyddech chi ddim yn cael ffilmiau o’r enw The Liver That Wouldn’t Die neu The Creature With The Atom Pancreas. Mae’n siŵr fod yr ymennydd yn cael sylw mewn straeon arswyd gan ei fod yn endid dirgel - mae yna rywbeth hynod amdano.”
Mae un poster, ar gyfer y ffilm Scanners o 1981, yn arbennig o drawiadol:
'10 seconds, the pain begins. 15 seconds, you can’t breathe. 20 seconds, you explode. SCANNERS… Their thoughts can kill!'
Mae Jones yn chwerthin wrth feddwl am symud y poster lawr stâr i groesawu’r gwirfoddolwyr, ond mae’n awyddus i gyfleu’r realiti hefyd, sef bod sgan MRI yn fwy hamddenol o lawer.
I mewn i’r sganiwr
Gofynnir i wirfoddolwyr newid i mewn i set o sgrwbs sydd wedi’u brodio’n unigryw. Bydd hyn yn sicrhau na fydd unrhyw eitem fetelig yn eu dilyn i mewn i’r sganiwr.
“Mae’r magnetau deirgwaith neu saith gwaith yn gryfach na’r math o fagnet sy’n codi ceir mewn iard sgrap,” esbonia Jones. “Os yw’n gallu codi ceir, gallwch ddychmygu faint y byddai’n tynnu ar ddarn o arian yn eich poced.”
Maent yn gorwedd yn y sganiwr a gofynnir iddynt aros yn llonydd.
Mae yna flanced i roi rhywfaint o gysur ac mae plygiau’n diogelu’r clustiau rhag pylsio a blŵpio rhythmig swnllyd y sganiwr. Yn olaf, mae coil derbyn, sy’n debyg i antena, yn cael ei roi am ben y gwirfoddolwr.
“Alla i ddim aros ar ddihun yn y sganiwr,” meddai Jones, y mae ei ymennydd wedi’i sganio’n fwy na’r person cyffredin. “Mae mor gyfforddus - fel cocŵn cynnes sy’n gwneud i rywun bendwmpian. Mae pobl yn gweld dyfeisiau meddygol fel pethau eithaf difrifol a brawychus. Y gwrthwyneb sy’n wir.”
Ym maes delweddu’r ymennydd, mae MRI (delweddu cyseinedd magnetig) yn syrthio i mewn i ddau gategori - swyddogaethol a strwythurol. Mae delweddu swyddogaethol fel rheol yn ymwneud â chwblhau rhyw fath o dasg. Cofio rhifau ar sgrîn ac ymgysylltu â wynebau emosiynol, er enghraifft. Weithiau gofynnir i wirfoddolwyr geisio peidio â meddwl am unrhyw beth o gwbl, a chaiff yr ymennydd ei arsylwi mewn ‘cyflwr gorffwys’.
Mewn un set o arbrofion, dangosir delweddau o’u hymennydd iddynt mewn amser real. Yna byddant yn ceisio ‘hyfforddi’ eu meddwl drwy drin gweithgarwch yr ymennydd fel y maent yn ei weld yn y ddelwedd. Y gobaith yw y gall hyn helpu pobl sy’n gaeth i rywbeth, neu bobl sydd â phroblemau symud, i ddysgu sgiliau i’w defnyddio o ddydd i ddydd.
Mae sganiau strwythurol, lle mae gan ymchwilwyr fwy o ddiddordeb yn strwythur yr ymennydd, yn llai beichus. Gall gwirfoddolwyr ddewis gwylio ffilm, ond mae sioeau comedi ac arswyd yn cael eu hosgoi er mwyn lleihau’r risg o unrhyw symudiadau sydyn a all ddifetha’r delweddau.
Mae’r rhan fwyaf o bobl yn dewis ymlacio o flaen sioe ddogfen David Attenborough.
Tra eu bod yn gorwedd yn y sganiwr, mae magnetau pwerus yn tynnu ar eu hymennydd.
Mae’r ymennydd yn llawn dŵr, sydd wedi’i wneud o atomau ocsigen a hydrogen. Mae atomau hydrogen yn ymddwyn fel magnetau bach. Dan amgylchiadau arferol, byddai’r holl fagnetau bach hyn yn gorwedd o gwmpas ac yn pwyntio i gyfeiriadau gwahanol. Ond wrth iddynt ddod dan ddylanwad magned y sganiwr, maent yn dechrau rhoi trefn ar eu hunain mewn rhes.
Ar ôl denu sylw pob un ohonynt, mae angen gwneid iddynt symud.
“Mae fel canwr opera yn canu at wydraid o win,” meddai Jones. “Os rhowch chi ddigon o egni i mewn i’r peth a chanu’r nodyn cywir, bydd yn dechrau dirgrynu. Dyna’r cyseinio.”
Yn hytrach na chanu, mae’r sganiwr MRI yn defnyddio tonnau amledd radio. Ac yn yr MRI, y nodyn cywir yw amledd BBC Radio 2.
Pan gaiff y tonnau eu stopio, mae’r atomau hydrogen yn syrthio’n ôl i’w safle ecwilibriwm, gan eu trefnu eu hunain mewn rhes gyda’r maes magnetig unwaith yn rhagor. Wrth iddynt wneud hynny, maent yn rhyddhau eu signal radio eu hunain. Drwy ganfod y signal hwn mae’r sganiwr yn gallu adeiladu delwedd o’r ymennydd.
Gweld yr unigolyn
Mae’r Ganolfan Ymchwil Delweddu’r Ymennydd yn gartref i gyfuniad o sganwyr ymennydd, sy’n unigryw yn y DU.
Mae cryfder magnetig yn cael ei fesur mewn Teslâu ac mae sganiwr safonol mewn ysbyty yn 1.5 Tesla, neu tua 1,500 gwaith cryfach na’r magned oergell arferol. Mae gan y Ganolfan bedwar sganiwr - tri sganiwr 3 Tesla ac un sganiwr 7 Tesla, sy’n pwyso tua 40 tunnell.
Mae delwedd MRI wedi’i ffurfio o giwbiau bach, sy’n debyg i’r ffordd y mae delweddau teledu wedi’u ffurfio o sgwariau pitw, neu bicseli. Po gryfaf y maged y gorau y bydd yr eglurder a’r manylder oherwydd bydd hyn yn galluogi’r ciwbiau i fod yn llai. Ac mae manylder yn bwysig.
“Os edrychwch chi ar yr ymennydd, fe welwch fater llwyd ar y tu allan, y cortecs, a mater gwyn y tu mewn. Mae sawl haen i’r cortecs mewn gwirionedd, ond mae eglurder sganwyr ysbytai a’r rhan fwyaf o sganwyr mewn prifysgolion yn dangos dau neu dri picsel yn unig ar gyfer yr ardal gyfan.
“Os gallwch leihau’r picseli hynny, gallwch ddechrau edrych ar haenau unigol. Mae hynny’n bwysig oherwydd mae haenau gwahanol yn cynnwys cysylltiadau gwahanol. Felly rydych chi’n dechrau cael dealltwriaeth well o sut mae’r ymennydd yn gweithio.”
Mae’r eglurder gwell hwn yn helpu niwrowyddonwyr i edrych ar gleifion ar sail fwy unigol.
“Am flynyddoedd yn y maes niwroddelweddu, byddem yn edrych ar grŵp o sgitsoffreniaid, er enghraifft, a grŵp o unigolion iach ac yn gofyn, ‘ar gyfartaledd, beth yw’r gwahaniaeth rhwng y ddau grŵp yma o bobl?’
“Ac mae hynny’n iawn os ydych chi am gael casgliad ystadegol ynghylch sut mae ymennydd sgitsoffreniaid yn wahanol. Ond nid yw person sy’n dod i’r clinig eisiau gwybod am nodweddion ymennydd cyffredin grŵp o gleifion. Mae eisiau gwybod, ‘sut ydw i, fel unigolyn?’”
Y tu mewn i’r gwifrau
Nawr byddwch yn gweld sganiwr microstrwythur y Ganolfan ar ei orau. Dyma’r sganiwr 3 Tesla, sydd wedi’i ffurfweddu’n arbennig i ganfod rhai o nodweddion lleiaf yr ymennydd.
Mae acsonau’n strwythurau tebyg i linyn sy’n cario gwybodaeth o un man i’r llall. Mae Jones yn gwingo wrth dynnu blewyn o’i ben.
“I roi hyn mewn persbectif, gallem roi 600 acson mewn un blewyn dynol. Rydym yn mesur symudiad dŵr o fewn un o’r acsonau hynny, ac rydym yn gwneud hynny ym mhob man, ar draws yr ymennydd cyfan. Wrth roi’r peth fel yna, ry’ch chi’n meddwl, ‘yw hynny’n bosibl?’
“Mae’r raddfa rydyn ni’n edrych arni y tu hwnt i’r hyn y gallem ei delweddu. Ac mae angen i ni fynd 1,000 gwaith yn llai.
"Mae’n bosib cael mesuriadau fel hyn, ond mae’n golygu cymryd yr ymennydd allan a’i sleisio, a dyw hyd yn oed y myfyrwyr PhD mwyaf brwdfrydig ddim yn barod i wneud hynny.”
Felly maen nhw wedi dod o hyd i ffordd arall. Drwy amrywio cryfder y maes magnetig o amgylch yr ymennydd yn ddramatig, gallant ganfod pryd mae moleciwl o ddŵr wedi symud o un cryfder maes magnetig i’r llall.
Mae moleciwlau dŵr yn symud yn haws ar hyd ffibrau nag ar eu traws. Felly drwy ganfod y signal o’r symudiadau hyn, gallant ddechrau gweld sut mae’r acsonau wedi’u strwythuro o fewn yr ymennydd, hyd yn oed os nad yw eglurder y sganiwr yn ddigon manwl i’w gweld yn unigol.
“Petawn i’n llenwi un tun bisgedi â reis, un â thywod ac un â chregyn pasta ac yn eu hysgwyd, byddai’n amlwg bod y gronynnau tywod yn llai o faint na’r reis a’r cregyn pasta. Ni fyddai’n bosib nodi eu hunion faint, ond gallwn ddweud bod rhai yn llai o lawer, bod rhai yn fwy, a bod rhai yn fwy fyth. Dyna’r math o beth rydym yn ei wneud.
“Rydym yn casglu signalau sydd wedi’u dylanwadu’n fawr gan y microstrwythur. Dydyn ni ddim yn delweddu’r microstrwythur ei hun yn uniongyrchol. Rydym yn mesur ei ddylanwad ar y signal MRI ac yna’n defnyddio’r wybodaeth i adeiladu delwedd.
Diagnosis iechyd meddwl
Rydym yn tybio bod y rhinweddau hynny’n chwarae rôl hanfodol mewn nifer o gyflyrau. Mewn sgitsoffrenia, gallai’r patrwm o gysylltiadau fod wedi mynd o chwith. Credwn fod sglerosis ymledol yn ymosod ar y myelin, yr haen frasterog o inswleiddio o gwmpas yr acsonau, gan arafu cynhyrchiant ac achosi anawsterau symud. Mae demensia’n gysylltiedig â dirywiad cyffredinol y llwybrau.
Mae deall achosion yr afiechydon hyn yn gam hollbwysig ar gyfer gwella bywydau pobl y maent yn effeithio arnynt. Gallai olygu eu canfod yn gynharach a thriniaeth fwy personol.
Mae Jones yn gweld cyfleoedd i gyfuno technegau delweddu gwell â thechnolegau sy’n dod i’r amlwg, fel dysgu peiriannau, i ganfod patrymau yn y data.
“Pe gallem gyfuno hyn â phethau fel geneteg, gallem ganfod pobl sydd mewn perygl a dechrau eu haenu ar gyfer triniaethau gwahanol.
“Mae diagnosteg in vitro yn eich gwaed, eich wrin a’ch meinwe. Mae diagnosteg in vivo yn y delweddu. A gyda deallusrwydd artiffisial a dysgu peiriannau, mae gennym ddiagnosteg in silico. Rhowch y rhain at ei gilydd ac mae gennych ddiagnosteg in toto, ac rwy’n credu mai dyna’r ffordd ymlaen.”
A yw’n gweld sefyllfa lle byddai pobl yn cael eu sganio am broblemau iechyd meddwl yn yr un modd â rhai mathau o ganser?
“Ydw, os gallwn ddod â’r gost i lawr. Ond rydyn ni ddegawd i ffwrdd o allu gwneud hynny oherwydd materion yswiriant a’r anfanteision seicolegol.
“Does gen i ddim pelen grisial i ragweld y dyfodol, ond bydd pethau’n seiliedig ar debygolrwydd, felly byddwn yn gallu dweud bod gennych siawns X y cant o ddatblygu cyflwr.
“Petawn i’n dweud wrthoch chi fod gennych siawns 70 y cant o ddatblygu demensia, beth fyddech chi’n ei wneud gyda’r wybodaeth yna? Mae’n ddigalon braidd, ond beth fyddech chi’n ei wneud?
“Gyda thebygolrwydd uchel iawn o ganser y fron, gallech gael mastectomi dwbl. Mae’r opsiwn yna yn amlwg. Mae’r dewis i rywun sydd â thebygolrwydd uchel o anhwylder iechyd meddwl yn llai eglur.
Mae’r rhain yn ddewisiadau y gallai fod angen i ni eu gwneud yn fuan. Mae MRI wedi dod yn bell ers ei ddatblygu yn y 1970au.
“Dydyn ni ddim yn dweud pethau fel, ‘Wel, mae’r signal yn gryfach yn y fan yna’ neu ‘Mae’r strwythur yn fwy trefnus’ neu ‘Mae’n edrych fel bod llai o weithgarwch’. Dim ond geiriau disgrifiadol yw’r rhain, nad ydynt yn meddwl rhyw lawer a dweud y gwir. Rydyn ni’n dechrau edrych ar y fioleg sylfaenol nawr.”
Rydym eisoes yn gweld manteision y dull hwn. Un driniaeth gyffredin ar gyfer epilepsi yw mynd i mewn i’r ymennydd a thorri allan rhan o’r llabed arleisiol. Y broblem yw bod y llwybrau sy’n cysylltu canolfan olwg yr ymennydd yn pasio drwy’r un ardal.
Yn y Ganolfan Ymchwil Delweddu’r Ymennydd, maent yn gweithio gyda llawfeddyg ymennydd i ddangos lle mae’r llwybrau hynny mewn cleifion unigol fel y gellir eu harbed mewn llawdriniaeth.
Y mathau hyn o gydweithredu, sy’n dod ag arbenigwyr o ddisgyblaethau gwahanol at ei gilydd, a ysbrydolodd y cysyniad sy’n gefn i’r Ganolfan.
Mae’r amrywiaeth o offer, o sganwyr MRI i labordai cysgu arbenigol, sydd wedi’i drefnu o amgylch un coridor enfawr, wedi denu arbenigwyr amrywiol.
Nid oes gan y Ganolfan unrhyw grwpiau ymchwil penodol. Yn hytrach, mae pobl o ddisgyblaethau gwahanol ar wasgar ym mhob rhan o’r adeilad er mwyn cymysgu pobl a syniadau.
“Mae yna seicolegydd clinigol yn gweithio i’r tîm epilepsi, a chefais sgwrs gyda hi yn y gegin. Erbyn hyn rydym wedi dylunio prosiect cyfan gyda’n gilydd. Mae hi wedi dylunio drysfa rithwir y gall pobl gerdded o’i chwmpas, ac rydym am edrych i weld sut bydd yr ymennydd yn ymateb.”
“Dyma beth sy’n digwydd yma. Mae’r gegin yn lle rhyfeddol.”
