Opomba urednika: V tej tedenski seriji LiveScience raziskuje, kako tehnologija poganja znanstveno raziskovanje in odkrivanje.
Človeške izkušnje definirajo možgani, vendar o tem 3 lb. organ ostaja skrivnost. Kljub temu so znanstveniki od slikanja možganov do možgansko-računalniških vmesnikov naredili impresivne korake pri razvoju tehnologij, da bi se poglobili v um.
Posnemanje možganov
Trenutno lahko znanstveniki, ki preučujejo možgane, pogledajo njegovo zgradbo ali njeno funkcijo. Stroji pri strukturnem slikanju naredijo posnetke možganske velike anatomije, ki jih lahko uporabimo na primer za diagnosticiranje tumorjev ali krvnih strdkov. Funkcijsko slikanje omogoča dinamičen pogled na možgane in prikazuje, katera področja so aktivna med razmišljanjem in dojemanjem.
Strukturno-slikovne tehnike vključujejo CAT-skeniranje ali računalniško aksialno tomografijo, ki fotografira rezine skozi možgane s sevanjem rentgenskih žarkov na glavo iz različnih zornih kotov. CAT ali CT pregledi se pogosto uporabljajo za diagnosticiranje možganske poškodbe, na primer. Druga metoda, pozitronska emisijska tomografija (PET), ustvarja možgane 2D in 3D slike možganov: Radioaktivno označena kemikalija, injicirana v kri, oddaja gama žarke, ki jih skener zazna. Slikanje z magnetno resonanco (MRI) omogoča pregled celotne strukture možganov z merjenjem magnetnega vrtenja atomov znotraj močnega magnetnega polja.
"Ni dvoma, da je MRI verjetno najboljši način za prikaz možganov," je dejal dr. Mauricio Castillo, radiolog z univerze v Severni Karolini na Chapel Hillu in glavni urednik American Journal of Neuroradiology.
Na področju funkcionalnega slikanja je trenutni zlati standard funkcionalna MRI (fMRI). Ta tehnika meri spremembe v pretoku krvi v različna področja možganov kot proxy, za katera področja so aktivni, ko nekdo opravi nalogo, kot je branje besede ali ogled slike.
"Danes je poudarek na tem, da poskušamo združiti, kako so možgani povezani z aktivacijo korteksa," je dejal Castillo.
Za združevanje možganske strukture in delovanja je mogoče kombinirati več metod. Na primer, MRI in PET skeniranje lahko izvajamo hkrati, slike pa lahko kombiniramo, da prikažejo fiziološko aktivnost, nameščeno na anatomskem zemljevidu možganov. Končni rezultat lahko kirurgu povemo, kje je možganska lezija, da jo lahko odstrani, je dejal Castillo.
Pred kratkim so razvili novo tehniko, ki jo dobesedno vidimo v možganih. Poimenovani CLARITY (prvotno za čisti lipidno izmenjeni akrilamidni hibridizirani kruti slikanje / imunološko obarvanje / in situ hibridizacija, združljiv s tkivom-hYdrogel), lahko naredi (nežive) možgane prosojne za svetlobo, hkrati pa ohrani nedotaknjeno strukturo. Tehnika je že bila uporabljena za vizualizacijo nevrološkega ožičenja možganov odrasle miške.
Dešifriranje misli
Nekateri znanstveniki želijo v možganih videti bolj figurativno. Vnesite vmesnike med možgani in računalniki (BCI ali BMI, vmesniki med možgani in stroji), naprave, ki možganske signale povezujejo z zunanjo napravo, na primer računalnik ali protetični ud. BCI segajo od neinvazivnih sistemov, ki jih sestavljajo elektrode, nameščene na lasišču, do bolj invazivnih, ki zahtevajo, da se elektrode vsadijo v same možgane.
Neinvazivni BCI vključujejo elektroencefalografijo na lasišču (EEG), ki beleži aktivnost mnogih nevronov na velikih možganskih območjih. Prednost sistemov, ki temeljijo na EEG, je, da ne potrebujejo kirurškega posega. Po drugi strani pa ti sistemi lahko zaznajo le posplošeno možgansko aktivnost, zato mora uporabnik svoje misli usmeriti samo na eno samo nalogo.
Med bolj invazivne sisteme sodi elektrokortikografija (ECoG), pri kateri se na površino možganov vsadi elektrode za snemanje EEG signalov iz korteksa. Ker sta Wilder Penfield in Herbert Jasper v zgodnjih petdesetih letih uveljavila tehniko, so jo med drugim uporabili za določitev možganskih regij, kjer se začnejo epileptični napadi.
Nekateri BCI uporabljajo elektrode, implantirane znotraj možganske skorje. Čeprav so ti sistemi bolj invazivni, imajo veliko boljšo ločljivost in lahko sprejmejo signale, ki jih pošiljajo posamezni nevroni. BCI zdaj lahko celo dovolijo ljudem s paraplegijo (paraliza vseh štirih okončin), da sami nadzorujejo robotsko roko skozi misel, ali pa dovolijo uporabnikom, da črpajo besede na računalniškem zaslonu samo z mislijo.
Kljub številnemu napredku, o možganih še vedno ni veliko znanega. Da bi premostili to vrzel, se ameriški znanstveniki lotijo novega projekta za preslikavo človeških možganov, ki ga je predsednik Barack Obama objavil aprila, imenovanega pobuda BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies).
Toda nevroznanstveniki so zanje izrezali svoje delo. "Možgani so verjetno najkompleksnejši stroj v vesolju," je dejal Castillo. "Od razumevanja smo še daleč."
