Uwaga redaktora: W tej cotygodniowej serii LiveScience bada, w jaki sposób technologia napędza badania naukowe i odkrycia.
Ludzkie doświadczenie jest definiowane przez mózg, ale wiele na temat tego 3-funta. narząd pozostaje tajemnicą. Mimo to, od obrazowania mózgu po interfejsy mózg-komputer, naukowcy zrobili imponujące postępy w opracowywaniu technologii, aby zajrzeć do wnętrza umysłu.
Obrazowanie mózgu
Obecnie naukowcy badający mózg mogą przyjrzeć się jego strukturze lub funkcji. W obrazowaniu strukturalnym maszyny wykonują migawki dużej anatomii mózgu, które można wykorzystać na przykład do diagnozowania guzów lub zakrzepów krwi. Obrazowanie funkcjonalne zapewnia dynamiczny widok mózgu, pokazując, które obszary są aktywne podczas myślenia i percepcji.
Techniki obrazowania strukturalnego obejmują skany CAT lub skomputeryzowaną tomografię osiową, która wykonuje zdjęcia przekrojów przez mózg, wysyłając promienie rentgenowskie do głowy pod wieloma różnymi kątami. Na przykład badania CAT lub CT często służą do diagnozowania uszkodzenia mózgu. Inna metoda, pozytronowa tomografia emisyjna (PET), generuje obrazy mózgu zarówno 2D, jak i 3D: Radioaktywnie znakowana substancja chemiczna wstrzykiwana do krwi emituje promienie gamma wykrywane przez skaner. Obrazowanie rezonansem magnetycznym (MRI) zapewnia widok ogólnej struktury mózgu poprzez pomiar spinu magnetycznego atomów wewnątrz silnego pola magnetycznego.
„Nie ma wątpliwości, że MRI jest prawdopodobnie najlepszym sposobem na zobaczenie mózgu” - powiedział dr Mauricio Castillo, radiolog z University of North Carolina w Chapel Hill i redaktor naczelny American Journal of Neuroradiology.
W dziedzinie obrazowania funkcjonalnego obecnym złotym standardem jest funkcjonalny MRI (fMRI). Ta technika mierzy zmiany w dopływie krwi do różnych obszarów mózgu jako proxy, dla których obszary są aktywne, gdy ktoś wykonuje zadanie takie jak czytanie słowa lub przeglądanie obrazu.
„Obecnie nacisk kładzie się na połączenie sposobu połączenia mózgu z aktywacją kory mózgowej” - powiedział Castillo.
Można połączyć kilka metod w celu połączenia struktury i funkcji mózgu. Na przykład skanowanie MRI i PET można wykonywać jednocześnie, a obrazy można łączyć, aby pokazać aktywność fizjologiczną nałożoną na anatomiczną mapę mózgu. Castillo powiedział, że wynik końcowy może być wykorzystany do podania chirurgowi lokalizacji uszkodzenia mózgu, aby można go było usunąć.
Ostatnio opracowano nową technikę dosłownego widzenia w mózgu. Nazywany CLARITY (pierwotnie dla Tigue-hYdrogel kompatybilny z przezroczystym lipidem, hybrydyzowany akryloamidem / immunobarwienie / hybrydyzacji in situ), może sprawić, że (nieżywy) mózg będzie przezroczysty dla światła, zachowując jednocześnie nienaruszoną strukturę. Technika została już zastosowana do wizualizacji okablowania neurologicznego mózgu dorosłej myszy.
Dekodowanie myśli
Niektórzy naukowcy chcą widzieć wnętrze mózgu bardziej obrazowo. Wprowadź interfejsy mózg-komputer (BCI lub BMI, interfejsy mózg-maszyna), urządzenia łączące sygnały mózgowe z urządzeniem zewnętrznym, takim jak komputer lub proteza. BCI obejmują zarówno systemy nieinwazyjne, które składają się z elektrod umieszczonych na skórze głowy, jak i bardziej inwazyjne, które wymagają wszczepienia elektrod do samego mózgu.
Nieinwazyjne BCI obejmują elektroencefalografię skóry głowy (EEG), która rejestruje aktywność wielu neuronów w dużych obszarach mózgu. Zaletą systemów opartych na EEG jest to, że nie wymagają one operacji. Z drugiej strony systemy te mogą wykrywać tylko uogólnioną aktywność mózgu, więc użytkownik musi skoncentrować swoje myśli na jednym zadaniu.
Bardziej inwazyjne systemy obejmują elektrokortykografię (ECoG), w której elektrody są wszczepiane na powierzchnię mózgu w celu rejestrowania sygnałów EEG z kory mózgowej. Od czasu, gdy Wilder Penfield i Herbert Jasper byli pionierami tej techniki na początku lat 50. XX wieku, została ona wykorzystana między innymi do identyfikacji obszarów mózgu, w których rozpoczynają się napady padaczkowe.
Niektóre BCI wykorzystują elektrody wszczepione do kory mózgowej. Chociaż systemy te są bardziej inwazyjne, mają znacznie lepszą rozdzielczość i mogą odbierać sygnały wysyłane przez poszczególne neurony. BCI mogą teraz nawet pozwalać ludziom z paraplegią (paraliż wszystkich czterech kończyn) kontrolować ramię robota za pomocą samej myśli, lub pozwolić użytkownikom na przeliterowanie słów na ekranie komputera przy użyciu tylko ich umysłu.
Pomimo wielu postępów wiele pozostaje nieznanych na temat mózgu. Aby wypełnić tę lukę, amerykańscy naukowcy rozpoczynają nowy projekt mapowania ludzkiego mózgu, ogłoszony przez prezydenta Baracka Obamę w kwietniu, zatytułowany inicjatywa BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies).
Ale neuronaukowcy mają dla nich swoją pracę. „Mózg jest prawdopodobnie najbardziej złożoną maszyną we wszechświecie” - powiedział Castillo. „Nadal jesteśmy daleko od zrozumienia”.
