ما انسان‌ها تعادل خود را مدیون همکاری مجموعه‌ای از سیستم‌های مختلف در بدن هستیم. قشر مغز، بینایی، مخچه و سیستم دهلیزی گوش با همکاری یک دیگر و ادراک و خواس انسان تعادل فرد را لخظه به لحظه حفظ می‌کنند. یکی از ارگان‌های اصلی مسئول در حفظ تعادل بدن سیستم دهلیزی است. کشف آناتومی و فیزیولوژی سیستم دهلیزی حدوداً از قرن ۱۹ آغاز شد و دانشمندان بسیاری در دست یابی ما انسان‌ها به دانشی که امروزه در مورد این سیستم در اختیار داریم نقش داشته‌اند. یکی از این افراد رابرت بارانی است که به پاس کشفیات خود در مورد سیستم تعادلی در سال ۱۹۱۴ موفق به دریافت جایزه نوبل پزشکی و فیزیولوژی شد. او در توسعه و استفاده از ابزارهای جدید برای مطالعه سیستم تعادل گوش داخلی و سیستم اوکلوموتور تلاش‌های بسیاری کرده است. تست پاسخ کالوریک او هنوز نیز در کلینیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
رابرت بارانی (Robert Bárány)
رابرت بارانی در سال ۱۸۷۶ در وین متولد شد. پدرش مدیر یک ملک مزرعه و مادرش ماریا هوک (Maria Hock) دختر دانشمند مشهور پراگ بود. بارانی در کودکی به سل مبتلا شد و با وجود این که توانست بیماری را شکست دهد اما تا پایان عمر با عارضه استخوانی بیماری یعنی سفتی مفصل زانو درگیر بود. گفته می‌شود که ابتلا به این بیماری زمینه ساز علاقه او به پزشکی شد و بارانی را به این مسیر سوق دا. بارانی در تمام دوران اولیه تحصیلات خود بهترین دانش آموز بود و در سال ۱۸۹۴ توانست با درجه عالی فارغ التحصیل شود.
پس از فارغ التحصیلی در سال ۱۹۰۰ در دانشگاه وین، بارانی در حیطه پزشکی داخلی، مغز و اعصاب و روان پزشکی آموزش دید. در سال ۱۹۰۳ به وین بازگشت و برای مدتی نیز شاگرد روان پزشک بنام زیگموند فروید بود. در همان سال بازگشت خود به وین، دوره پیشورزی* جراحی را در رشته اوتولوژی تخت نظر پروفسور آدام پولیتزر (Adam Politzer)، پدر اوتولوژی اتریشی، در کلینیک گوش بیمارستان عمومی وین به اتمام رساند. همکاری این دو محقق که حدود یک دهه پا برجا بود، باعث شد تا بارانی بتواند علایق خود را در دو حیطه عصب شناسی و جراحی دنبال کند.
رابرت بارانی نظریه‌های فلورنس، پورکینژ، ماخ، بروئر و دیگر محققان را در مورد گوش و سیستم دهلیزی مطالعه کرده و توانست فیزیولوژی و پاتولوژی دستگاه دهلیزی گوش انسان را مشخص کند. به پاس تلاش‌های وی در این حوزه، جایزه نوبل پزشکی و فیزیولوژی سال ۱۹۱۴ به رابرت بارانی تعلق گرفت.
بارانی در طول جنگ جهانی اول به عنوان جراح غیر نظامی در ارتش اتریش-مجارستان مشغول خدمت بود و به درمان سربازنی که از ناحیه سر دچار آسیب شده بودند، می‌پرداخت. در طی سال‌ها جنگ بارانی توسط ارتش شاهنشاهی روسیه اسیر گشته و هنگامی که جایزه نوبل در سال ۱۹۱۴ به او اهدا شد، در یکی از اردوگاه‌های اسرای جنگی روسیه بود. با پیگیری شخصی شاهزاده کارل سوئد به نمایندگی از صلیب سرخ، بارانی در سال ۱۹۱۶ از اردوگاه اسیران جنگ آزاد شده و پادشاه سوئد در استکهلم جایزه نوبل را به او اهدا کرد.
بارانی در سال ۱۹۱۶ به وین بازگشت، اما با حمله همكاران اتریشی خود مواجه شد. آن‌ها معتقد بودند که کشفیات بارانی بر پایه یافته‌های دیگر محققان بوده و است و او در کتاب خود اشاره‌های مبهمی به این محققان کرده است. با شدت یافتن بیشتر این حملات، بارانی وین را به مقصد اوپسالا ترک کرده و به عنوان پرفسور در انستیتوی اتولوژی در اوپسالا مشغول به کار شد و تا پایان عمر خود در آن جا ماند.
بارانی در یال‌های بعدی زندگی خود به مطالعه علت روماتیسم عضلانی و عوامل دیگر دخیل در کنترل تعادل، از جمله عملکرد مخچه پرداخت. گفته می‌شود که بیماری سرگیجه موضعی پاروکسیسم خوش خیمبرای اولین بار در متون پزشکی نوشته شده توسط بارانی شرح داده شده است.
بارانی در سال ۱۹۳۶ اندکی پیش از شصتمین سالگرد تولد خود در اوپسالا درگذشت.
تحقیقات بارانی و محققان پیش از او
پیش از این که به بررسی مطالعه مشهور بارانی که منجر به ابداع تست واکنش کالوریک شد، نگاهی اجمالی به مطالعات محققان پیش از بارانی خواهیم داشت. در قرن ۱۹ میلادی مطالعات بسیاری توسط محققان مختلف به منظور کشف آناتومی و فیزیولوژی گوش داخلی انجام شده بود اما نحوه کدگذاری چرخش سر توسط اندام‌های حسی گوش داخلی هنوز مشخص نشده بود.
آنتونیو اسکارپا (Antonio Scarpa) و گوستاو رتزیوس (Gustav Retzius) اندام‌های دهلیزی را با جزئیات آن یعنی وجود سه کانال نیم دایره، دو اندام اتولیتیک، اوتریکول و ساکول نام گذاری کرده بودند.
در سال ۱۸۲۵، ژان پیر فلورنس (Jean Pierre Flourens) مشاهده كرد كه آسیب زدن به كانال‌های نیم دایره كبوتر باعث چرخش عجیب و معلق زدن پرنده می‌شود. یوهان پورکینژ ( ( Johann Evangelist Purkinjeنشان داد که تغییر وضعیت سر می‌تواند باعث القای سرگیجه در فرد شود. در سال ۱۸۶۱، پروسپر منیر (Prosper Ménière) این فرضیه را مطرح کرد که بروز سرگیجه علاوه بر مشکلات مخچه‌ای می‌تواند مربوط به اختلال عملکردی سیستم دهلیزی نیز باشد و در سال ۱۸۷۰، فردریش گولتز (Friedrich Goltz) نشان داد که کانال‌های نیم دایره در حفظ تعادل نقش دارند.
در سال ۱۸۷۴ نیز جوزف بروئر (Josef Breuer)، ارنست ماخ (Ernst Mach) و الكساندر كرم براون (Alexander Crum Brown) ثابت کردند که کانال نیم دایره‌ای اندام حسی مسئول درک حركت چرخشی هشتند و سرگیجه نتیجه تحریک غیر عادی سیستم دهلیزی توسط مایع موجود در مجاری است.
با مطالعه تمامی یافته‌های پیشین، بارانی با انجام آزمایش تزریق آب گرم و سرد درون گوش بیماران خود توانست برای اولین بار فیزیولوژی، عملکرد و بیماری‌های سیستم دهلیزی گوش را به طور سیستماتیک بررسی کند. در ادامه به شرح یافته‌ها و آزمایش واکنش کالوریک می‌پردازیم.
آزمایش بارانی
تحقیقات بارانی روی پاتوفیزیولوژی دستگاه دهلیزی متمرکز بود. اوتولوژیست‌ها در آن زمان برای مشاهده پرده گوش و انجام تست‌های شنوایی، به طور معمول گوش را شست و شو داده وسرومن مجرای خارجی تخلیه می‌کردند. همچنین برای درمان عفونت گوش نیز مجاری شنوایی خارجی با سرنگ شست و شو داده می‌شد. در کلینیک پولیتزر که بارانی در آن مشفول به کار بود، تمامی متخصصین به خوبی می‌دانستند که برای تخلیه سرومن گوش باید در مورد دمای آب استفاده شده نهایت دقت را داشت و آب هم دمای مایعات بدن یعنی حدود ۳۷ درجه باشد.. اگر دمای آب مورد استفاده برای شست و شو مناسب نبود، بیمار دچار سرگیجه و نیستاگموس می‌شود و گاهی اوقات حالت تهوع و استفراغ نیز به دنبال داشت.
سرگیجه و نیستاگموس حین شست و شو در صورتی که بیمار به حالت ایستاده نشسته باشد، حداقل بود، اما اگر شست و شو گوش بیمار در حالت خوابیده انجام می‌شد، سرگیجه و نیستاگموس شدیدتر می‌بود. علت این پدیده که به اصطلاح “نیستاگموس ناشی از آب” نامیده می‌شد، ناشناخته بود و تنها یک قانون کلی وجود داشت؛ گوش‌ها باید با آب حدوداً ۳۷ درجه شست و شو داده می‌شدند. بارانی نیز در حین تخلیه سرومن گوش بیماران خود متوجه سرگیجه و نیستاگموس بیمران شده بود و در پی کشف علت بروز این پدیده بود.
در یکی از روزها هنگام شست و شو دستیار بارانی آب نسبتاً سردی آماده کرده بود و بیمار اظهار داشت که دچار سرگیجه شده است. بارانی با معاینه چشم‌های بیمار متوجه نیستاگموس شد. سپس از دستیار خود خواست که مطابق میل بیمار آب را گرم کرده و برگرداند. آب این بار بسیار گرم‌تر بود و حین شست و شو بیمار باز هم از سرگیجه خود شکایت کرد. این بار بارانی با معاینه چشم‌های بیمار متوجه شد که جهت نیستاگموس چشم‌ها با استفاده از آب داغ برعکس شده است. بار دیگر بارانی از دستیار خود خواست تا آب را اندکی سردتر کرده و این بار مطابق انتظار بیمار سرگیجه نداشت و در معاینه نیز نیستاگموس مشاهده نشد.
بارانی برای مدتی به این پدیده فکر کرد و سپس خاطره‌ای از دوران کودکی خود را یاد آورد. در دوران کودکی او همواره متعجب بود که آبی که درست بالای آتش مخزن آب حمام بود سر بود در حالی که آب بخش‌های بالایی مخزن همواره گرم‌تر بوده و دست او را می‌سوزاند. او پدیده‌ای که در مورد مخزن آب مشاهده کرده بود را به لابیرنت‌های گوش تعمیم داد. بارانی اين تئوري را مطرح كرد كه شاید مانند آب حمام، اندولنفی که درون كانال‌های نيم دايره جریان دارد نیز هنگام سرد شدن نزول کرده و پایین‌تر آمده و هنگام گرم شدن، به دليل تغييرات وزن مخصوص مايع، بالاتر می‌رود.
در واقع بارانی اولین شخصی بود که پی برد شست و شوی کانال خارجی گوش با آب گرم و سرد باعث حرکات همرفت مایع اندولنفاتیک در کانال‌های نیم دایره می‌شود و در نتیجه حسگرهای حرکتی گوش داخلی را فعال می‌کند. این پیام‌ها از طریق عصب دهلیزی، اطلاعات تحریکی* (proprioceptive) را به مغز انتقال می‌دهند. بارانی این پاسخ عصبی به دماهای مختلف آب را پاسخ کالوریک نامید و اظهار کرد که نیستاگموس نتیجه فعالیت انعکاسی کانال‌های نیم دایره است.
بعدها با بررسی‌های الکتروفیزیولوژیکی انجام شده نیز تأیید شد که استفاده از آب گرم هنگام تخلیه با ایجاد حرکات همرفتی باعث افزایش تخلیه الکتریکی گیرنده‌های مکانیکی عصب دهلیزی آوران شده و آب سرد تاثیر معکوس دارد.
بارانی جزئیات آزمایش خود را ابتدا در یک مجله و سپس به طور کامل‌تری در کتاب خود که به بحث در مورد فیزیولوژی و پاتولوژی سیستم دهلیزی می‌پردازد در سال ۱۹۰۷ منتشر کرد.
با این که در سال ۱۹۱۴ بارانی موفق به کسب جایزه نوبل پزشکی و فیزیولوژی شد و به طور رسمی در سال ۱۹۱۶ آن را دریافت کرد اما پس از بازگشت به وین با انتقادات بسیاری مواجه شد. بسیاری از همکاران او ادها داشتند که این یافته‌ها بر اساس مطالعات و با همکاری آن‌هاست و بارانی در نوشته‌های خود اشاره واضحی به این موضوع نکرده است. با این که موسسه کارولینسکا (Karolinska) با انجام تخقیقاتی بارانی را از این اتهامات تبرئه کرد و تعدادی از اتولوژیست‌های سوئدی در دفاع از او مقاله‌ای را منتشر کردند اما بارانی برای همیشه وین را به مقصد اوپسالا ترک کرد.
بارانی از تست پاسخ کالوریک به منظور بررسی اختلالات لابیرنت گوش از جمله سرگیجه خوش خیم وضعیتی استفاده کرد و در سال ۱۹۲۱ این سندرم را با مشخصات سرگیجه‌های دوره‌ای که به واسطه حرکات ناگهانی سر ایجاد می‌شوند، توصیف کرد. بعدها در سال ۱۹۵۲ دیکس و هالپیک (Dix and Hallpike) توضیح کامل‌تری از این سندرم را ارئه داده و آن را سرگیجه وضعیتی حمله‌ای خوش خیم نامیدند.
کاربرد و تاثیرات کشفیات بارانی
بارانی از تست پاسخ کالوریک در بالین به منظور ارزیابی سلامت گوش داخلی استفاده می‌کرد. در صورت مثبت بودن واکنش به آزمایش، کانال‌ها تحریک پذیر و در نتیجه سالم تلقی می‌شدند، اما در صورت منفی بودن، به جز چند مورد استثنائی کانال‌ها آسیب دیده بودند. بنابراین این آزمایش مبنایی را فراهم کرد تا پزشکان بتوانند بیماری‌های التهابی لابیرنت بررسی کنند.
متد بارانی انقلابی در درک سیستم دهلیزی ایجاد کرد و آغازگر تحقیقات تجربی جدید در مورد ساختار سیستم دهلیزی و کانال‌های نیم دایره بود تا درک بهتری از تعادل و حرکت حیوانات و انسان‌ها داشته باشیم.
به عنوان مثال، کانال‌های نیم دایره در همه مهره داران وجود دارد اما شکل و ساختار آن‌ها بسته به رفتار حرکتی گونه‌ها متفاوت است. تجزیه و تحلیل ساختار گوش داخلی چندین گونه از پستاندار نشان داد که اندازه کانال‌های نیم دایره ارتباط مستقیمی با چابکی و دامنه حرکات حیوان دارد. همچینین تحریک کانال‌های نیم دایره در حیوانات با هر روشی منجر به توصیف کدگذاری عصبی حرکت سر در هسته‌های دهلیزی مرکزی واقع در ساقه مغز، مخچه، تالاموس و قشر مغز می‌شود.
در سال‌های گذشته آزمایش کالرویک بارانی به یک ابزار تحقیقاتی گسترده به منظور مطالعه سیستم دهلیزی و به ویژه قشر دهلیزی انسان تبدیل شده بود. تکنیک‌های تصویربرداری عصبی مانند MRI عملکردی مستلزم این است که افراد سر خود را در اسکنر بی حرکت نگه دارند تا از تحریک دهلیزی طبیعی مانند چرخش سر و اعمال آن بر روی سیستم حرکتی جلوگیری شود. پاسخ کالوریک این مشکل را حل کرده و با تصویربرداری‌های مغزی سازگار است و طی چندین سال گذشته در بسیاری از مطالعات تصویربرداری عصبی مدرن برای توصیف پردازش دهلیزی قشر مغز در یک شبکه بزرگ که حداقل از ده منطقه قشر مغز تشکیل شده است از جمله اینسولا، محل اتصال لوب گیجگاهی و آهیانه، سولکوس درون بخش پاریتال، قشر سوماتوسنسوری، هیپوکامپ و قشر فرونتال به کار می‌رود. مکان این نواحی قشر دهلیزی در بین گونه‌های نخستیان سازگار به نظر می‌رسد، بدین صورت که یک منطقه اصلی در اینسولای خلفی، قشر رترواینسولار و اوپرکولوم آهیانه.
تست کالوریک همچنین توسط دانشمندان حوزه علوم اعصاب شناختی به منظور ارزیابی تأثیر تحریک دهلیزی در طیف وسیعی از فرآیندهای ادراکی، شناختی و عاطفی استفاده شده است.
جالب اینجاست که این تست به طور موقت در تسکین اختلالات ادراک لمسی (بی خسی یک طرفه بدن) و درد مزمن و کاهش آگاهی از نقص بدنی (آنوزوگوزیا برای همی پلژی، سوماتوپارافرنی) موثر بوده است. اثرات و مکانیسم‌های اثر تحریک دهلیزی بر روی این فرآیندها موضوع تحقیقات فعلی دانشمندان است.
