Napomena urednika: U ovoj tjednoj seriji LiveScience istražuje kako tehnologija pokreće znanstvena istraživanja i otkrića.
Ljudsko iskustvo definira mozak, ali još puno toga o ovom 3 kilograma. orgulje ostaju misterija. Unatoč tome, znanstvenici su od slikanja mozga do sučelja mozga i računala postigli impresivne korake u razvoju tehnologija kako bi zavirili unutar uma.
Zamišljanje mozga
Trenutno znanstvenici koji proučavaju mozak mogu sagledati njegovu strukturu ili njegovu funkciju. U strukturnom snimanju, uređaji uzimaju snimke velike anatomije mozga koji se mogu upotrijebiti na primjer za dijagnosticiranje tumora ili krvnih ugrušaka. Funkcionalno snimanje pruža dinamičan prikaz mozga, pokazujući koja su područja aktivna tijekom razmišljanja i percepcije.
Tehnike strukturnog snimanja uključuju CAT skeniranje ili kompjuteriziranu aksijalnu tomografiju koja snima slike kriški kroz mozak zračenjem rendgenskih zraka na glavu iz različitih kuta. Na primjer, CAT ili CT skeniranja često se koriste za dijagnosticiranje ozljede mozga. Druga metoda, pozitronska emisijska tomografija (PET), stvara i 2D i 3D slike mozga: Radioaktivno označena kemikalija ubrizgana u krv emitira gama zrake koje skener otkriva. A magnetska rezonanca (MRI) daje pregled cjelokupne strukture mozga mjerenjem magnetskog spina atoma unutar jakog magnetskog polja.
"Nema sumnje da je MRI vjerojatno najbolji način da se vidi mozak", rekao je dr. Mauricio Castillo, radiolog sa Sveučilišta Sjeverna Karolina u Chapel Hillu i glavni urednik American Journal of Neuroradiology.
U području funkcionalnih slika trenutni zlatni standard je funkcionalna MRI (fMRI). Ovom se tehnikom mjere promjene u protoku krvi u različita područja mozga kao proxyji za koja su područja aktivna kad netko izvršava zadatak poput čitanja riječi ili gledanja slike.
"Danas je naglasak pokušati spojiti kako je mozak ožičen aktivacijom korteksa", rekao je Castillo.
Nekoliko metoda se može kombinirati za spajanje strukture i funkcije mozga. Na primjer, MRI i PET skeniranje se mogu obaviti istovremeno, a slike se mogu kombinirati kako bi se prikazala fiziološka aktivnost nanesena na anatomsku kartu mozga. Krajnji rezultat može se upotrijebiti da se kirurgu kaže mjesto moždane lezije kako bi se ona mogla ukloniti, rekao je Castillo.
Nedavno je razvijena nova tehnika koja se doslovno vidi unutar mozga. Nazvani CLARITY (izvorno za Clear Lipid-izmjenjivi kruti oblik slike / imunostainiranje / in situ hibridizaciju s tkivom-hYdrogel koji je kompatibilan s lipidom), može učiniti (nežive) mozak prozračnim za svjetlost, zadržavajući netaknutu strukturu. Tehnika se već koristila za vizualizaciju neurološkog ožičenja mozga odrasle miša.
Dešifriranje misli
Neki znanstvenici žele figurativno vidjeti unutar mozga. Unesite sučelja mozga i računala (BCI ili BMI, sučelja mozga i stroja), uređaje koji povezuju moždane signale s vanjskim uređajem, poput računala ili protetskog udova. BCI se kreću od neinvazivnih sustava koji se sastoje od elektroda postavljenih na vlasištu, do onih invazivnih koji zahtijevaju da se elektrode implantiraju u sam mozak.
Neinvazivni BCI uključuju elektroencefalografiju na bazi vlasišta (EEG) koja bilježi aktivnost mnogih neurona na velikim područjima mozga. Prednost EEG-ovih sustava je u tome što ne zahtijevaju operativni zahvat. S druge strane, ovi sustavi mogu otkriti samo generalizirane moždane aktivnosti, pa korisnik mora svoje misli usmjeriti na samo jedan zadatak.
Invazivniji sustavi uključuju elektrokortikografiju (ECoG), u kojoj se elektrode implantiraju na površinu mozga za snimanje EEG signala iz korteksa. Otkako su Wilder Penfield i Herbert Jasper pionirili tehniku ranih 1950-ih, ona se, između ostalog, koristi kako bi se identificirale moždane regije u kojima počinju epileptični napadi.
Neki BCI koriste elektrode implantirane unutar moždane kore. Iako su ovi sustavi invazivniji, imaju puno bolju razlučivost i mogu pokupiti signale koje šalju pojedini neuroni. BCI-i sada mogu čak dopustiti ljudima s paraplegijom (paraliza sva četiri udova) da upravljaju robotskom rukom kroz samo misao ili dopustiti korisnicima da izriču riječi na zaslonu računala koristeći samo svoj um.
Unatoč mnogim napretcima, puno toga ostaje nepoznato o mozgu. Kako bi premostili taj jaz, američki znanstvenici kreću u novi projekt mapiranja ljudskog mozga, koji je predsjednik Barack Obama najavio u travnju, a zove se BRAIN inicijativa (Brain Research in Advancing Innovative Neurotechnologies).
Ali neuroznanstvenici su za njih odrezali svoje radove. "Mozak je vjerojatno najsloženiji stroj u svemiru", rekao je Castillo. "Još smo daleko od razumijevanja toga."
