Poznámka editora: V tejto týždennej sérii LiveScience skúma, ako technológia podporuje vedecké skúmanie a objavovanie.
Ľudská skúsenosť je definovaná mozgom, ale veľa o tomto 3-lb. orgán zostáva záhadou. Napriek tomu, od zobrazovania mozgu po rozhrania mozog-počítač, vedci urobili pôsobivé kroky vo vývoji technológií, aby sa dali pozorovať vo vnútri mysle.
Zobrazovanie mozgu
V súčasnosti sa vedci, ktorí študujú mozog, môžu pozrieť na jeho štruktúru alebo funkciu. Pri štrukturálnom zobrazovaní snímajú stroje snímky rozsiahlej anatómie mozgu, ktoré sa dajú použiť napríklad na diagnostiku nádorov alebo krvných zrazenín. Funkčné zobrazovanie poskytuje dynamický pohľad na mozog a ukazuje, ktoré oblasti sú počas myslenia a vnímania aktívne.
Techniky štrukturálneho zobrazovania zahŕňajú skenovanie pomocou CAT alebo počítačovú axiálnu tomografiu, ktorá sníma plátky mozgu pomocou lúčov röntgenovej lúče na hlave z mnohých rôznych uhlov. Skeny CAT alebo CT sa často používajú napríklad na diagnostiku poranenia mozgu. Ďalšia metóda, pozitrónová emisná tomografia (PET), generuje 2D aj 3D obrazy mozgu: Rádioaktívne značená chemikália vstreknutá do krvi emituje gama lúče, ktoré skener detekuje. A zobrazovanie pomocou magnetickej rezonancie (MRI) poskytuje pohľad na celkovú štruktúru mozgu pomocou merania magnetickej rotácie atómov vo vnútri silného magnetického poľa.
„Niet pochýb o tom, že MRI je pravdepodobne najlepší spôsob, ako vidieť mozog,“ povedal Dr. Mauricio Castillo, rádiológ na Univerzite v Severnej Karolíne v Chapel Hill a šéfredaktor American Journal of Neuroradiology.
V oblasti funkčného zobrazovania je súčasným zlatým štandardom funkčná MRI (fMRI). Táto technika meria zmeny prietoku krvi do rôznych oblastí mozgu ako zástupcu, pre ktoré oblasti sú aktívne, keď niekto vykonáva úlohu, ako je čítanie slova alebo prezeranie obrázka.
„Dôraz sa v súčasnosti kladie na spojenie fúzie mozgu s aktiváciou kôry,“ povedal Castillo.
Na zlúčenie štruktúry a funkcie mozgu je možné kombinovať niekoľko metód. Napríklad, skenovanie MRI a PET sa môže vykonávať súčasne a obrázky sa môžu kombinovať, aby sa ukázala fyziologická aktivita prekrývajúca sa na anatomickej mape mozgu. Konečný výsledok môže byť použitý na to, aby lekár povedal, kde je mozgová lézia, aby ju bolo možné odstrániť, povedal Castillo.
Nedávno bola vyvinutá nová technika, ktorá doslova vidí mozog. Volal CLARITY (pôvodne pre čisté tuky vymenené akrylamidom hybridizované tuhé zobrazovacie / imunofarebné / in situ hybridizačné kompatibilné tkanivo-hYdrogel), môže urobiť (neživý) mozog priehľadným pre svetlo, pričom si zachová svoju štruktúru neporušenú. Táto technika sa už používa na vizualizáciu neurologického zapojenia mozgu dospelých myší.
Dekódovacie myšlienky
Niektorí vedci chcú vidieť v mozgu viac obrazne. Zadajte rozhrania mozog-počítač (BCI alebo BMI, rozhrania mozog-stroj), zariadenia, ktoré spájajú mozgové signály s externým zariadením, napríklad s počítačom alebo protetickou končatinou. BCI sa pohybujú od neinvazívnych systémov, ktoré pozostávajú z elektród umiestnených na temene hlavy, až po invazívnejšie systémy, ktoré vyžadujú implantáciu elektród do samotného mozgu.
Medzi neinvazívne BCI patrí elektroencefalografia na tempe hlavy (EEG), ktorá zaznamenáva aktivitu mnohých neurónov vo veľkých oblastiach mozgu. Výhodou systémov založených na EEG je to, že nevyžadujú chirurgický zákrok. Na druhej strane tieto systémy dokážu zistiť iba zovšeobecnenú mozgovú aktivitu, takže užívateľ sa musí sústrediť na svoje myšlienky len na jednu úlohu.
Medzi invazívnejšie systémy patrí elektrokortikografia (ECoG), v ktorej sú elektródy implantované na povrch mozgu, aby sa zaznamenávali signály EEG z kortexu. Pretože Wilder Penfield a Herbert Jasper boli priekopníkmi v technike na začiatku 50. rokov 20. storočia, používa sa okrem iného na identifikáciu oblastí mozgu, kde začínajú epileptické záchvaty.
Niektoré BCI používajú elektródy implantované do mozgovej kôry. Hoci sú tieto systémy invazívnejšie, majú oveľa lepšie rozlíšenie a môžu zachytávať signály vysielané jednotlivými neurónmi. BCI môžu teraz dokonca ľuďom s paraplegiou (ochrnutie všetkých štyroch končatín) dovoliť ovládať robotickú ruku prostredníctvom samotného myslenia, alebo môžu používateľom napísať slová na obrazovke počítača iba pomocou ich mysle.
Napriek mnohým pokrokom zostáva o mozgu veľa neznáme. Na preklenutie tejto medzery sa americkí vedci púšťajú do nového projektu mapovania ľudského mozgu, ktorý ohlásil prezident Barack Obama v apríli a ktorý sa nazýva iniciatíva BRAIN (Výskum mozgu prostredníctvom rozvoja inovatívnych neurotechnológií).
Neurovedci majú však svoju prácu vyrezanú. „Mozog je pravdepodobne najkomplexnejší stroj vo vesmíre,“ povedal Castillo. „Stále sme toho ešte ďaleko od pochopenia.“
