Redaktora piezīme: Šajā nedēļas sērijā LiveScience pēta to, kā tehnoloģija virza zinātnisko izpēti un atklājumus.
Cilvēka pieredzi nosaka smadzenes, tomēr daudz par šo 3 mārciņām. ērģeles paliek noslēpums. Pat ja tā ir, sākot no smadzeņu attēlveidošanas līdz smadzeņu un datora saskarnēm, zinātnieki ir paveikuši iespaidīgus soļus, izstrādājot tehnoloģijas, lai līdzvērtīgi notiktu prātā.
Attēlo smadzenes
Pašlaik zinātnieki, kuri pēta smadzenes, var aplūkot to struktūru vai funkcijas. Strukturālajā attēlveidošanā mašīnas uzņem smadzeņu liela mēroga anatomijas momentuzņēmumus, ko, piemēram, var izmantot, lai diagnosticētu audzējus vai asins recekļus. Funkcionālā attēlveidošana nodrošina dinamisku smadzeņu skatu, parādot, kuri apgabali ir aktīvi domāšanas un uztveres laikā.
Strukturālās attēlveidošanas metodēs ietilpst CAT skenēšana vai datorizēta aksiālā tomogrāfija, kas attēlo šķēles caur smadzenēm, izstarojot galvas rentgena starus no daudziem dažādiem leņķiem. CAT vai CT skenēšana bieži tiek izmantota, piemēram, smadzeņu traumas diagnosticēšanai. Vēl viena metode, pozitronu emisijas tomogrāfija (PET), ģenerē gan 2D, gan 3D smadzeņu attēlus: Asinis ievadītā radioaktīvi marķētā ķīmiskā viela izstaro gamma starus, ko skeneris nosaka. Un magnētiskās rezonanses attēlveidošana (MRI) nodrošina smadzeņu vispārējās struktūras pārskatu, izmērot atomu magnētisko spinēšanu spēcīga magnētiskā lauka iekšpusē.
"Nav šaubu, ka MRI, iespējams, ir labākais veids, kā redzēt smadzenes," sacīja Dr Mauricio Castillo, Ziemeļkarolīnas universitātes radiologs Chapel Hill un American Journal of Neuroradiology galvenais redaktors.
Funkcionālā attēlveidošanas jomā pašreizējais zelta standarts ir funkcionāls MRI (fMRI). Šis paņēmiens mēra asins plūsmas izmaiņas dažādos smadzeņu apgabalos kā starpniekserveris, kura zonas ir aktīvas, kad kāds veic kādu uzdevumu, piemēram, lasot vārdu vai apskatot attēlu.
"Mūsdienās galvenais uzsvars ir mēģinājums apvienot, kā smadzenes tiek savienotas ar garozas aktivizēšanu," sacīja Kastillo.
Smadzeņu struktūras un funkciju apvienošanai var apvienot vairākas metodes. Piemēram, MRI un PET skenēšanu var veikt vienlaikus, un attēlus var apvienot, lai parādītu fizioloģisko aktivitāti, kas atrodas smadzeņu anatomiskajā kartē. Gala rezultātu var izmantot, lai ķirurgam pateiktu smadzeņu bojājuma atrašanās vietu, lai to varētu noņemt, sacīja Kastillo.
Nesen tika izstrādāta jauna tehnika, lai burtiski redzētu smadzeņu iekšpusi. Saukta par CLARITY (sākotnēji skaidru ar lipīdiem apmainītam akrilamīda hibridizētam stingram attēlveidošanas / imūno krāsošanas / in situ hibridizācijas saderīgam audu-hidrogēlam), tas var padarīt (nedzīvojošas) smadzenes caurspīdīgas pret gaismu, saglabājot to struktūru neskartu. Metode jau ir izmantota, lai vizualizētu pieaugušo peļu smadzeņu neiroloģisko vadu.
Domu atkodēšana
Daži zinātnieki vēlas tēlaini redzēt smadzeņu iekšpusi. Ievadiet smadzeņu un datora saskarnes (BCI vai ĶMI, smadzeņu un mašīnas saskarnes), ierīces, kas smadzeņu signālus savieno ar ārēju ierīci, piemēram, datoru vai protezēšanas ekstremitāti. BCI diapazons ir no neinvazīvām sistēmām, kas sastāv no elektrodiem, kas izvietoti uz galvas ādas, līdz invazīvākiem, kuru laikā elektrodi ir jāiestāda smadzenēs.
Neinvazīvās BCI ietver galvas ādas balstītu elektroencefalogrāfiju (EEG), kas reģistrē daudzu neironu darbību lielos smadzeņu apgabalos. EEG balstītu sistēmu priekšrocība ir tā, ka tām nav nepieciešama operācija. No otras puses, šīs sistēmas var noteikt tikai vispārinātu smadzeņu darbību, tāpēc lietotājam savas domas ir jākoncentrē tikai uz vienu uzdevumu.
Invazīvākas sistēmas ietver elektrokortikogrāfiju (ECoG), kurā elektrodi tiek implantēti uz smadzeņu virsmas, lai reģistrētu EEG signālus no garozas. Kopš Vildera Penfīlda un Herberta Jaspera celšanas paņēmiens bija 50. gadu sākumā, tas, cita starpā, tika izmantots, lai identificētu smadzeņu reģionus, kur sākas epilepsijas lēkmes.
Daži BCI izmanto elektrodus, kas implantēti smadzeņu garozas iekšpusē. Lai arī šīs sistēmas ir vairāk invazīvas, tām ir daudz labāka izšķirtspēja un tās var uztvert signālus, ko sūta atsevišķi neironi. Tagad BCI var pat ļaut cilvēkiem ar paraplēģiju (visu četru ekstremitāšu paralīzi) kontrolēt robotizēto roku tikai ar domāšanas palīdzību vai arī ļaut lietotājiem izcelt vārdus datora ekrānā, izmantojot tikai viņu prātu.
Neskatoties uz daudziem sasniegumiem, smadzenēs vēl daudz kas nav zināms. Lai novērstu šo plaisu, amerikāņu zinātnieki sāk jaunu projektu cilvēka smadzeņu kartēšanai, kuru aprīlī paziņoja prezidents Baraks Obama un kuru sauca par BRAIN iniciatīvu (smadzeņu izpēte caur inovatīvu neirotehnoloģiju attīstību).
Bet neirozinātniekiem viņu darbs ir izgriezts. "Smadzenes, iespējams, ir vissarežģītākā mašīna Visumā," sacīja Kastillo. "Mums vēl ir tāls ceļš, lai to saprastu."
