Бележка на редактора: В тази седмична поредица LiveScience изследва как технологията стимулира научните изследвания и открития.
Човешкият опит се определя от мозъка, но много за този 3-фунтови. орган остава загадка. Въпреки това, от изобразяването на мозъка до интерфейсите между мозъка и компютъра, учените постигнаха впечатляващи стъпки в разработването на технологии, за да надникнат вътре в ума.
Представяне на мозъка
В момента учените, които изучават мозъка, могат да разгледат неговата структура или неговата функция. При структурното изобразяване машините правят снимки на мащабната анатомия на мозъка, които могат да се използват например за диагностициране на тумори или кръвни съсиреци. Функционалното изображение предоставя динамичен изглед на мозъка, показвайки кои области са активни по време на мислене и възприятие.
Структурно-образните техники включват CAT сканиране или компютърна аксиална томография, която прави снимки на резени през мозъка чрез лъчеви рентгенови лъчи в главата от много различни ъгли. CAT или CT, сканирането често се използва за диагностициране на мозъчна травма, например. Друг метод, позитронно-емисионната томография (PET), генерира както 2D, така и 3D изображения на мозъка: Радиоактивно маркиран химикал, инжектиран в кръвта, излъчва гама лъчи, които скенер открива. А магнитният резонанс (ЯМР) осигурява оглед на цялостната структура на мозъка чрез измерване на магнитното въртене на атомите вътре в силно магнитно поле.
"Няма съмнение, че ЯМР е може би най-добрият начин да видите мозъка", казва д-р Маурисио Кастило, рентгенолог от Университета на Северна Каролина в Чапъл Хил и главен редактор на Американския журнал по неврорадиология.
В сферата на функционалните изображения сегашният златен стандарт е функционален MRI (fMRI). Тази техника измерва промените в притока на кръв към различни области на мозъка като прокси, за които зоните са активни, когато някой изпълнява задача като четене на дума или гледане на картина.
"Акцентът в днешно време е да се опитаме да обединим как мозъкът е свързан с активирането на кората", каза Кастило.
Няколко метода могат да се комбинират, за да се слеят мозъчната структура и функция. Например, ЯМР и ПЕТ сканирането може да се извърши едновременно и изображенията могат да се комбинират, за да покажат физиологична активност, насложена върху анатомична карта на мозъка. Крайният резултат може да се използва, за да се каже на хирург местоположението на мозъчна лезия, за да може да бъде отстранен, каза Кастило.
Наскоро е разработена нова техника, която буквално да се вижда вътре в мозъка. Наречен CLARITY (първоначално за Clear Lipid-обменен с акриламид хибридизиран твърд образ / имунооцветяване / In situ хибридизация, съвместим с Tissue-hYdrogel), той може да направи (нежив) мозък прозрачен за светлина, като запазва структурата си непокътната. Техниката вече е използвана за визуализиране на неврологичното окабеляване на мозъка на възрастна мишка.
Дешифриране на мисли
Някои учени искат да видят вътре в мозъка по-образно. Въведете интерфейси мозък-компютър (BCI или BMI, интерфейси мозък-машина), устройства, които свързват мозъчни сигнали към външно устройство, като компютър или протезиран крайник. BCI варират от неинвазивни системи, които се състоят от електроди, поставени върху скалпа, до по-инвазивни, които изискват електродите да бъдат имплантирани в самия мозък.
Неинвазивните BCI включват електроенцефалография на базата на скалпа (EEG), която регистрира активността на много неврони върху големи мозъчни зони. Предимството на базираните на ЕЕГ системи е, че не се нуждаят от операция. От друга страна, тези системи могат да открият само генерализирана мозъчна активност, така че потребителят трябва да съсредоточи мислите си върху само една задача.
По-инвазивните системи включват електрокортикография (ECoG), при която на повърхността на мозъка се имплантират електроди за запис на ЕЕГ сигнали от кората. Тъй като Уайлдър Пенфийлд и Хърбърт Джаспър са въвели техниката в началото на 50-те години на миналия век, тя се използва, наред с други цели, за идентифициране на мозъчни региони, където започват епилептичните пристъпи.
Някои BCI използват електроди, имплантирани в мозъчната кора. Въпреки че тези системи са по-инвазивни, те имат много по-добра разделителна способност и могат да приемат сигналите, изпратени от отделни неврони. ИТП вече могат дори да позволят на хората с параплегия (парализа на четирите крайника) да контролират роботизирана ръка само чрез мисъл или да позволят на потребителите да изписват думи на компютърен екран, използвайки само ума си.
Въпреки многото напредъци, много остава неизвестно за мозъка. За да преодолеят тази пропаст, американските учени се заемат с нов проект за карта на човешкия мозък, обявен от президента Барак Обама през април, наречен инициатива BRAIN (Brain Research чрез Advancing Innovative Neurotechnologies).
Но невролозите имат работата си за тях. "Мозъкът е може би най-сложната машина във Вселената", каза Кастило. "Все още сме много далеч от разбирането."
