Redaktoriaus pastaba: Šioje savaitinėje serijoje „LiveScience“ tiria, kaip technologijos skatina mokslinius tyrinėjimus ir atradimus.
Žmogaus patirtį apibūdina smegenys, tačiau apie šią 3 svarus yra daug. vargonai tebėra paslaptis. Nepaisant to, pradedant smegenų vaizdavimu ir baigiant smegenų ir kompiuterio sąsajomis, mokslininkai žengė įspūdingus žingsnius kurdami technologijas, kad protas būtų vienas iš kito.
Vaizduoja smegenis
Šiuo metu mokslininkai, tiriantys smegenis, gali pažvelgti į jų struktūrą ar funkcijas. Atliekant struktūrinį vaizdą, aparatai fotografuoja smegenų didelės apimties anatomiją, kuri, pavyzdžiui, gali būti naudojama diagnozuojant navikus ar kraujo krešulius. Funkcinis vaizdavimas suteikia dinamišką smegenų vaizdą, parodantį, kurios sritys yra aktyvios mąstymo ir suvokimo metu.
Struktūrinio atvaizdavimo metodai apima CAT skenavimą arba kompiuterinę ašinę tomografiją, kurioje atvaizdai per smegenis gaunami pjūviais, spinduliuojant rentgeno spinduliais galvą iš daugelio skirtingų kampų. CAT arba CT, nuskaitymai dažnai naudojami diagnozuoti, pavyzdžiui, smegenų traumas. Kitas metodas, pozitronų emisijos tomografija (PET), sukuria ir 2D, ir 3D smegenų vaizdus: Į kraują įšvirkšta radioaktyviai paženklinta cheminė medžiaga skleidžia gama spindulius, kuriuos aptinka skaitytuvas. O magnetinio rezonanso tomografija (MRT) suteikia bendrą smegenų struktūros vaizdą, matuojant atomų magnetinį sukinį, esantį stipriame magnetiniame lauke.
„Neabejojama, kad MRT yra tikriausiai geriausias būdas pamatyti smegenis“, - teigė dr. Mauricio Castillo, Šiaurės Karolinos universiteto Chapel Hill universiteto radiologas ir „American Journal of Neuroradiology“ vyriausiasis redaktorius.
Funkcinio vaizdo srityje dabartinis aukso standartas yra funkcinis MRT (fMRI). Ši metodika matuoja kraujo tėkmės pokyčius skirtingose smegenų srityse kaip tarpinė priemonė, kurioje zonos yra aktyvios, kai kas nors atlieka užduotį, pavyzdžiui, skaito žodį ar peržiūri paveikslėlį.
„Šiais laikais didžiausias dėmesys skiriamas bandymui sujungti smegenų jungimą su žievės aktyvinimu“, - teigė Castillo.
Smegenų struktūrą ir funkcijas galima sujungti keliais būdais. Pvz., MRT ir PET skenavimas gali būti atliekamas vienu metu, o vaizdai gali būti derinami, kad būtų parodytas fiziologinis aktyvumas, esantis anatominiame smegenų žemėlapyje. Galutinis rezultatas gali būti naudojamas chirurgui pranešti apie smegenų pažeidimo vietą, kad jį būtų galima pašalinti, sakė Castillo.
Neseniai buvo sukurta nauja technika, kuria siekiama pažodžiui pamatyti smegenų vidų. Pavadintas CLARITY (iš pradžių skirtas skaidraus, su lipidų pakeistu akrilamido hibridizuotu standžiu vaizdavimu / imuninį padengimą užtikrinančiu / suderinamu su hibridizacija, suderinamu su audinių hydrogeliu), jis gali (negyvenančias) smegenis padaryti skaidrias šviesai, išlaikant jų struktūrą nepažeistą. Ši technika jau buvo naudojama norint vizualizuoti suaugusių pelių smegenų neurologinius laidus.
Dekodavimas mintimis
Kai kurie mokslininkai nori vaizdingai pamatyti smegenų vidų. Įveskite smegenų ir kompiuterio sąsajas (BCI ar KMI, smegenų ir mašinos sąsajas), prietaisus, kurie smegenų signalus jungia prie išorinio prietaiso, pavyzdžiui, kompiuterį ar protezą. BCI svyruoja nuo neinvazinių sistemų, susidedančių iš ant galvos esančių elektrodų, iki labiau invazinių, reikalaujančių elektrodų implantavimo pačiose smegenyse.
Neinvaziniai BCI apima galvos odos elektroencefalografiją (EEG), kurioje registruojamas daugelio neuronų aktyvumas didelėse smegenų srityse. EEG pagrįstų sistemų pranašumas yra tas, kad joms nereikia operacijos. Kita vertus, šios sistemos gali aptikti tik apibendrintą smegenų veiklą, todėl vartotojas turi sutelkti savo mintis tik į vieną užduotį.
Daugiau invazinių sistemų yra elektrokortikografija (ECoG), kurios metu elektrodai yra implantuojami į smegenų paviršių, kad įrašytų EEG signalus iš žievės. Kadangi Wilderis Penfieldas ir Herbertas Jasperas buvo šio metodo pradininkas šeštojo dešimtmečio pradžioje, jis, be kitų tikslų, buvo naudojamas nustatyti smegenų sritis, kuriose prasideda epilepsijos priepuoliai.
Kai kurie BCI naudoja elektrodus, implantuotus smegenų žievės viduje. Nors šios sistemos yra labiau invazinės, jos turi žymiai geresnę skiriamąją gebą ir gali pasiimti signalus, kuriuos siunčia atskiri neuronai. Dabar BCI gali net leisti žmonėms, sergantiems paraplegija (visų keturių galūnių paralyžiumi), valdyti roboto ranką vien minties pagrindu arba leisti vartotojams kompiuterio ekrane ištarti žodžius, remiantis jų mintimis.
Nepaisant daugelio pažangų, daug kas dar nežinoma apie smegenis. Siekdami užpildyti šią spragą, Amerikos mokslininkai pradeda naują žmogaus smegenų žemėlapio projektą, kurį balandžio mėn. Paskelbė prezidentas Barackas Obama ir kuris vadinamas BRAIN iniciatyva („Brain Research per Advancing Innovative Neurotechnologies“).
Tačiau neuromokslininkams yra priversti juos dirbti. „Smegenys yra turbūt pats sudėtingiausias aparatas visatoje“, - teigė Castillo. "Mes dar labai gerai suprantame tai."
