Примітка редактора: У цій тижневій серії LiveScience досліджує, як технологія сприяє науковому дослідженню та відкриттю.
Людський досвід визначається мозку, але багато про це 3 фунти. орган залишається загадкою. Незважаючи на це, від зображення мозку до інтерфейсу мозок-комп'ютер, вчені досягли вражаючих успіхів у розробці технологій, щоб заглянути всередині розуму.
Зображення мозку
В даний час вчені, які вивчають мозок, можуть подивитися на його структуру або його функції. При структурній візуалізації машини роблять знімки масштабної анатомії мозку, які можуть бути використані, наприклад, для діагностики пухлин або тромбів. Функціональна візуалізація забезпечує динамічний огляд мозку, показуючи, які області активні під час мислення та сприйняття.
Структурно-візуальні методи включають сканування CAT або комп’ютеризовану осьову томографію, яка робить знімки зрізів через мозок шляхом променяння рентгенівських променів на голову з різних кутів. Сканування на КАТ або КТ часто використовується, наприклад, для діагностики травми мозку. Інший метод, позитронно-емісійна томографія (ПЕТ), генерує як 2D, так і 3D зображення головного мозку: радіоактивно мічений хімікат, введений у кров, випромінює гамма-промені, які сканер виявляє. А магнітно-резонансна томографія (МРТ) забезпечує вигляд загальної структури мозку шляхом вимірювання магнітного спіна атомів всередині сильного магнітного поля.
"Немає сумнівів у тому, що МРТ - це, мабуть, найкращий спосіб бачити мозок", - сказав доктор Маурісіо Кастільо, рентгенолог з Університету Північної Кароліни в Чапел-Хілл і головний редактор американського журналу нейрорадіології.
У царині функціональної візуалізації сучасним золотим стандартом є функціональна МРТ (fMRI). Ця методика вимірює зміни кровотоку в різних областях мозку як проксі, для яких областей активно, коли хтось виконує таке завдання, як читання слова або перегляд малюнка.
"Акценти в даний час полягають у тому, щоб спробувати об'єднати, як мозок проводиться з активацією кори", - сказав Кастільо.
Кілька методів можна об'єднати для об'єднання структури та функції мозку. Наприклад, МРТ і ПЕТ-сканування можуть бути виконані одночасно, і зображення можна комбінувати для показу фізіологічної активності, накладеної на анатомічну карту мозку. Кінцевий результат може бути використаний для того, щоб сказати хірургу про місце ураження мозку, щоб його можна було усунути, сказав Кастільо.
Останнім часом була розроблена нова методика, яку можна буквально побачити всередині мозку. Називається CLARITY (спочатку для очищеного ліпідом акриламидного гібридизованого твердого зображення / імуноудалення / in situ, сумісного з гібридизацією тканини-hYdrogel), він може зробити (неживий) мозок прозорим для світла, зберігаючи свою структуру неушкодженою. Методику вже застосовували для візуалізації неврологічної проводки мозку дорослої миші.
Розшифровка думок
Деякі вчені хочуть бачити всередині мозку більш образно. Введіть інтерфейси мозок-комп’ютер (ІМТ або ІМТ, інтерфейси мозок-машина), пристрої, що підключають сигнали мозку до зовнішнього пристрою, наприклад, комп’ютер або протезна кінцівка. ІМТ варіюється від неінвазивних систем, що складаються з електродів, розміщених на шкірі голови, до більш інвазивних, які потребують імплантації електродів у сам мозок.
До неінвазивних ІПСШ належить електроенцефалографія на основі шкіри голови (ЕЕГ), яка реєструє активність багатьох нейронів на великих ділянках мозку. Перевага систем на основі ЕЕГ полягає в тому, що їм не потрібна операція. З іншого боку, ці системи можуть виявляти лише узагальнену мозкову діяльність, тому користувач повинен зосередити свої думки лише на одному завданні.
Більш інвазивні системи включають електрокортикографію (ECoG), при якій електроди імплантуються на поверхню мозку для запису сигналів ЕЕГ з кори. Оскільки Уайлдер Пенфілд та Герберт Джаспер почали впроваджувати цю методику на початку 1950-х років, її застосовували, серед інших цілей, для визначення регіонів мозку, де починаються епілептичні припадки.
Деякі ІМТ використовують електроди, імплантовані всередині кори головного мозку. Хоча ці системи більш інвазивні, вони мають набагато кращу роздільну здатність і можуть приймати сигнали, що надсилаються окремими нейронами. ІСН тепер можуть навіть дозволити людям з параплегією (паралічем усіх чотирьох кінцівок) керувати робототехнічною рукою за допомогою думки самостійно або дозволити користувачам вимовляти слова на екрані комп’ютера, використовуючи лише свій розум.
Незважаючи на багато успіхів, про мозок залишається багато невідомого. Щоб подолати цю прогалину, американські вчені починають новий проект зі створення людського мозку, оголошений президентом Бараком Обамою у квітні, який називають ініціативою BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies).
Але неврологи вивчають їх роботу. "Мозок - це, мабуть, найскладніша машина у Всесвіті", - сказав Кастільо. "Ми ще далекі від розуміння цього".
