Paano sinisiyasat ng modernong pangunahing agham ang utak?

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Hindi pa katagal, ayon sa makasaysayang mga pamantayan, ang utak ay binanggit bilang isang "itim na kahon", ang mga proseso sa loob na nanatiling isang misteryo. Ang mga kamakailang pang-agham na tagumpay ay hindi na nagpapahintulot sa amin na ideklara ito nang may katiyakan. Gayunpaman, mayroon pa ring higit pang mga katanungan kaysa sa hindi malabo na mga sagot sa larangan ng pananaliksik sa utak.

Napakahirap kilalanin sa sistemang ito, na may mga cosmic numerical na parameter at patuloy na gumagalaw, mga mekanismo na maaaring maiugnay sa tinatawag nating memorya at pag-iisip. Minsan para dito kailangan mong tumagos nang direkta sa utak. Sa pinakadirektang pisikal na kahulugan.

Anuman ang sabihin ng mga tagapagtanggol ng wildlife, wala pang nagbabawal sa mga mananaliksik na mag-eksperimento sa utak ng mga unggoy at daga. Gayunpaman, pagdating sa utak ng tao - isang buhay na utak, siyempre - ang mga eksperimento dito ay halos imposible para sa mga dahilan ng batas at etika. Maaari kang makapasok sa loob ng "gray matter" lamang, tulad ng sinasabi nila, para sa kumpanyang may gamot.

Mga wire sa ulo ko

Ang isang ganoong pagkakataon na ipinakita sa mga mananaliksik sa utak ay ang pangangailangan para sa kirurhiko paggamot ng mga malubhang kaso ng epilepsy na hindi tumutugon sa therapy sa droga. Ang sanhi ng sakit ay ang mga apektadong lugar ng median temporal lobe. Ito ang mga lugar na ito na kailangang alisin gamit ang mga pamamaraan ng neurosurgery, ngunit una sa lahat kailangan nilang makilala upang, sa gayon, hindi upang "maputol ang labis".

Ang American neurosurgeon na si Yitzhak Fried mula sa University of California (Los Angeles) ay isa sa mga unang naglapat ng teknolohiya ng pagpasok ng 1 mm electrodes nang direkta sa cerebral cortex noong 1970s. Kung ikukumpara sa laki ng mga selula ng nerbiyos, ang mga electrodes ay may mga sukat ng cyclopean, ngunit kahit na ang gayong krudo na instrumento ay sapat na upang alisin ang average na signal ng kuryente mula sa isang bilang ng mga neuron (mula sa isang libo hanggang isang milyon).

Sa prinsipyo, ito ay sapat na upang makamit ang mga layuning medikal, ngunit sa ilang yugto napagpasyahan na pagbutihin ang instrumento. Mula ngayon, ang millimeter electrode ay nakatanggap ng isang dulo sa anyo ng isang sumasanga ng walong thinner electrodes na may diameter na 50 μm.

Ginawa nitong posible na madagdagan ang katumpakan ng mga sukat hanggang sa pag-aayos ng signal mula sa medyo maliliit na grupo ng mga neuron. Ang mga pamamaraan ay binuo din upang i-filter ang signal na ipinadala mula sa isang solong nerve cell sa utak mula sa "collective" na ingay. Ang lahat ng ito ay ginawa hindi para sa mga layuning medikal, ngunit para sa mga layuning pang-agham lamang.

Ano ang kaplastikan ng utak?

Ang kaplastikan ng utak ay ang kamangha-manghang kakayahan ng ating organ ng pag-iisip na umangkop sa nagbabagong mga pangyayari. Kung matututo tayo ng isang kasanayan at masinsinang sanayin ang utak, lumilitaw ang isang pampalapot sa bahagi ng utak na responsable para sa kasanayang iyon. Ang mga neuron na matatagpuan doon ay lumikha ng mga karagdagang koneksyon, na pinagsama ang mga bagong nakuha na kasanayan. Kung sakaling masira ang isang mahalagang bahagi ng utak, minsan ay muling bubuo ng utak ang mga nawawalang sentro sa buo na bahagi.

Pinangalanang mga neuron

Ang mga layunin ng pananaliksik ay ang mga taong naghihintay ng operasyon para sa epilepsy: habang ang mga electrodes na naka-embed sa cerebral cortex ay nagbabasa ng mga signal mula sa mga neuron upang tumpak na matukoy ang lugar ng interbensyon sa operasyon, ang mga napaka-kagiliw-giliw na mga eksperimento ay isinagawa sa daan. At ito ang mismong kaso nang ang mga icon ng pop culture - mga bituin sa Hollywood, na ang mga larawan ay madaling makilala ng karamihan ng populasyon ng mundo, ay nagdala ng mga tunay na benepisyo sa agham.

Ang katrabaho ni Yitzhak Frida, manggagamot at neurophysiologist na si Rodrigo Kian Quiroga, ay nagpakita sa mga paksa sa kanyang laptop ng isang seleksyon ng mga kilalang visual, kabilang ang mga sikat na personalidad at sikat na istruktura tulad ng Sydney Opera House.

Kapag ipinakita ang mga larawang ito, ang elektrikal na aktibidad ng mga indibidwal na neuron ay naobserbahan sa utak, at ang iba't ibang mga imahe ay "naka-on" ng iba't ibang mga nerve cell. Halimbawa, isang "Jennifer Aniston neuron" ang na-install, na "pinaputok" sa tuwing may lalabas na larawan ng romantikong aktres na ito sa screen. Anuman ang larawan na ipinakita ni Aniston sa paksa, ang neuron na "kanyang pangalan" ay hindi nabigo. Bukod dito, gumana rin ito nang lumitaw sa screen ang mga frame mula sa sikat na serye sa TV, kung saan nag-star ang aktres, kahit na siya mismo ay wala sa frame. Ngunit sa paningin ng mga batang babae na kamukha lang ni Jennifer, natahimik ang neuron.

Ang pinag-aralan na nerve cell, tulad ng nangyari, ay nauugnay nang tumpak sa holistic na imahe ng isang partikular na artista, at hindi sa lahat ng mga indibidwal na elemento ng kanyang hitsura o pananamit. At ang pagtuklas na ito ay nagbigay, kung hindi isang susi, pagkatapos ay isang pahiwatig sa pag-unawa sa mga mekanismo ng pangmatagalang pagpapanatili ng memorya sa utak ng tao.

Ang tanging bagay na pumipigil sa amin na sumulong ay ang mismong mga pagsasaalang-alang sa etika at batas, na binanggit sa itaas. Ang mga siyentipiko ay hindi maaaring maglagay ng mga electrodes sa anumang iba pang mga lugar ng utak, maliban sa mga sumailalim sa preoperative na pananaliksik, at ang pag-aaral mismo ay may limitadong medikal na time frame.

Ito ay naging napakahirap na makahanap ng sagot sa tanong kung ang neuron ni Jennifer Aniston, o Brad Pitt, o ang Eiffel Tower ay talagang umiiral, o marahil bilang isang resulta ng mga sukat, ang mga siyentipiko ay aksidenteng natitisod sa isang cell lamang mula sa isang buong network. konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng mga synaptic na koneksyon, na responsable para sa pagpapanatili o pagkilala sa isang partikular na imahe.

Naglalaro ng mga larawan

Magkagayunman, nagpatuloy ang mga eksperimento, at sumali si Moran Cerf sa kanila - isang napakaraming personalidad. Israeli sa pamamagitan ng kapanganakan, sinubukan niya ang kanyang sarili bilang isang business consultant, hacker at sa parehong oras isang computer security instructor, pati na rin bilang isang artist at manunulat ng komiks, manunulat at musikero.

Ang lalaking ito na may spectrum ng mga talento na karapat-dapat sa Renaissance ang nagsagawa ng paglikha ng isang uri ng neuromachine interface sa batayan ng Jennifer Aniston neuron at mga katulad nito. Sa pagkakataong ito, 12 pasyente ng Medical Center na pinangalanang V. I. Ronald Reagan sa Unibersidad ng California. Sa kurso ng mga preoperative na pag-aaral, 64 na magkakahiwalay na mga electrodes ang ipinasok sa rehiyon ng median temporal na lobe. Kaayon, nagsimula ang mga eksperimento.

Ang pag-unlad ng mga agham ng mas mataas na aktibidad ng nerbiyos ay nangangako ng hindi kapani-paniwalang mga prospect: mas mauunawaan ng mga tao ang kanilang sarili at makayanan ang mga karamdaman na ngayon ay walang lunas. Ang moral at legal na bahagi ng mga eksperimento sa isang buhay na utak ng tao ay nananatiling isang problema.

Unang ipinakita sa mga tao ang 110 larawan ng mga tema ng pop culture. Bilang resulta ng unang round na ito, apat na mga larawan ang napili, sa paningin kung saan ang paggulo ng mga neuron sa iba't ibang bahagi ng pinag-aralan na lugar ng cortex ay malinaw na naitala sa buong dosenang mga paksa. Pagkatapos, dalawang larawan ang ipinakita nang sabay-sabay sa screen, na nakapatong sa isa't isa, at bawat isa ay may 50% na transparency, iyon ay, ang mga imahe ay nagniningning sa bawat isa.

Ang paksa ay hiniling sa pag-iisip na taasan ang ningning ng isa sa dalawang mga imahe, kaya natatakpan niya ang kanyang "karibal". Sa kasong ito, ang neuron na responsable para sa imahe kung saan nakatuon ang atensyon ng pasyente ay gumawa ng mas malakas na signal ng kuryente kaysa sa neuron na nauugnay sa pangalawang larawan. Ang mga pulso ay naayos ng mga electrodes, pumasok sa decoder at naging isang senyas na kumokontrol sa liwanag (o transparency) ng imahe.

Kaya, ang gawain ng pag-iisip ay sapat na para sa isang larawan upang simulan ang "pagmartilyo" sa isa pa. Nang hilingin sa mga paksa na huwag tumindi, ngunit, sa kabaligtaran, upang gawing mas maputla ang isa sa dalawang larawan, muling gumana ang link sa utak-computer.

Banayad na ulo

Ang kapana-panabik na larong ito ba ay nagkakahalaga ng pangangailangang magsagawa ng mga eksperimento sa mga buhay na tao, lalo na sa mga may malubhang problema sa kalusugan? Ayon sa mga may-akda ng proyekto, ito ay katumbas ng halaga, dahil ang mga mananaliksik ay hindi lamang nasiyahan sa kanilang mga pang-agham na interes ng isang pangunahing kalikasan, ngunit din hinahap para sa mga diskarte sa paglutas ng medyo inilapat na mga problema.

Kung may mga neuron (o mga bundle ng neuron) sa utak na nasasabik sa paningin ni Jennifer Aniston, dapat mayroong mga selula ng utak na responsable para sa mga konsepto at larawan na mas mahalaga para sa buhay. Sa mga kaso kung saan ang pasyente ay hindi makapagsalita o makapagpahiwatig ng kanyang mga problema at pangangailangan sa pamamagitan ng mga galaw, ang direktang koneksyon sa utak ay makakatulong sa mga doktor na malaman ang tungkol sa mga pangangailangan ng pasyente mula sa mga neuron. Bukod dito, mas maraming asosasyon ang naitatag, mas makakapag-usap ang isang tao tungkol sa kanyang sarili.

Gayunpaman, ang isang electrode na naka-embed sa utak, kahit na ito ay 50 microns ang diameter, ay masyadong krudo isang tool upang tumpak na i-target ang isang partikular na neuron. Ang isang mas banayad na paraan ng pakikipag-ugnayan ay optogenetics, na kinabibilangan ng pagbabago ng mga selula ng nerbiyos sa antas ng genetic.

Sina Ed Boyden at Karl Thessot, na nagsimula sa kanilang trabaho sa Stanford University, ay itinuturing na kabilang sa mga pioneer ng direksyong ito. Ang kanilang ideya ay kumilos sa mga neuron gamit ang maliliit na pinagmumulan ng liwanag. Para dito, ang mga cell, siyempre, ay dapat gawing light-sensitive.

Dahil ang mga pisikal na manipulasyon ng paglipat ng mga light-sensitive na protina - opsins - sa mga indibidwal na mga cell ay halos imposible, iminungkahi ng mga mananaliksik … na makahawa sa mga neuron na may virus. Ang virus na ito ang magpapakilala ng isang gene na nag-synthesize ng isang light-sensitive na protina sa genome ng mga cell.

Ang teknolohiyang ito ay may ilang potensyal na gamit. Ang isa sa mga ito ay isang bahagyang pagpapanumbalik ng paningin sa isang mata na may nasirang retina sa pamamagitan ng pagbibigay ng light-sensitive na mga katangian sa natitirang mga non-light-sensitive na mga cell (may mga matagumpay na eksperimento sa mga hayop). Ang pagtanggap ng mga de-koryenteng signal na dulot ng liwanag ng insidente, malapit nang matutunan ng utak na magtrabaho sa kanila at bigyang-kahulugan ang mga ito bilang isang imahe, kahit na may mababang kalidad.

Ang isa pang application ay gumagana sa mga neuron nang direkta sa utak gamit ang mga miniature light guide. Sa pamamagitan ng pag-activate ng iba't ibang mga neuron sa utak ng mga hayop sa tulong ng isang sinag ng liwanag, posible na masubaybayan kung anong mga tugon sa pag-uugali ang sanhi ng mga neuron na ito. Bilang karagdagan, ang "light" na interbensyon sa utak ay maaaring magkaroon ng therapeutic value sa hinaharap.