Poznámka editora: V této týdenní řadě LiveScience zkoumá, jak technologie řídí vědecký výzkum a objevy.
Lidská zkušenost je definována mozkem, ale hodně o tomto 3 lb. varhany zůstávají záhadou. Od zobrazování mozku až po rozhraní mozku a počítače vědci přesto učinili působivé pokroky ve vývoji technologií, aby se dali rovnou do mysli.
Zobrazování mozku
V současné době se vědci, kteří studují mozek, mohou podívat na jeho strukturu nebo funkci. Při strukturálním zobrazování pořizují snímky snímky mozkové rozsáhlé anatomie, kterou lze použít například k diagnostice nádorů nebo krevních sraženin. Funkční zobrazování poskytuje dynamický pohled na mozek a ukazuje, které oblasti jsou aktivní při myšlení a vnímání.
Techniky strukturálního zobrazování zahrnují skenování CAT nebo počítačovou axiální tomografii, která snímá řezy mozkem paprskem rentgenového záření na hlavě z mnoha různých úhlů. K diagnostice poranění mozku se často používají například skeny CAT nebo CT. Další metoda, pozitronová emisní tomografie (PET), generuje 2D i 3D obrazy mozku: Radioaktivně značená chemická látka vstřikovaná do krve emituje gama paprsky, které skener detekuje. A zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) poskytuje pohled na celkovou strukturu mozku měřením magnetického spinu atomů uvnitř silného magnetického pole.
„Není pochyb o tom, že MRI je pravděpodobně nejlepší způsob, jak vidět mozek,“ řekl Dr. Mauricio Castillo, radiolog na University of North Carolina v Chapel Hill a šéfredaktor American Journal of Neuroradiology.
V oblasti funkčního zobrazování je současným zlatým standardem funkční MRI (fMRI). Tato technika měří změny v průtoku krve do různých oblastí mozku jako proxy, pro které oblasti jsou aktivní, když někdo provádí úkol, jako je čtení slova nebo prohlížení obrázku.
"Důraz je dnes kladen na snahu sloučit, jak je mozek zapojen s aktivací kůry," řekl Castillo.
K sloučení struktury a funkce mozku lze kombinovat několik metod. Například lze skenování MRI a PET provádět současně a obrazy lze kombinovat tak, aby ukazovaly fyziologickou aktivitu superponovanou na anatomické mapě mozku. Konečný výsledek může být použit k tomu, aby chirurgovi sdělil umístění mozkové léze, takže ji lze odstranit, řekl Castillo.
Nedávno byla vyvinuta nová technika, která doslova vidí mozek. Volaná CLARITY (původně pro tuhé lipidy zaměněné akrylamidem hybridizované rigidní zobrazování / imunologické barvení / in situ hybridizace kompatibilní Tissue-hYdrogel), může učinit (neživý) mozek průhledným pro světlo při zachování jeho struktury neporušené. Tato technika již byla použita k vizualizaci neurologického zapojení mozku dospělé myši.
Dekódovací myšlenky
Někteří vědci chtějí vidět v mozku více obrazně. Zadejte rozhraní mozek-počítač (BCI nebo BMI, rozhraní mozek-stroj), zařízení, která spojují mozkové signály s externím zařízením, jako je počítač nebo protetická končetina. BCI sahají od neinvazivních systémů, které se skládají z elektrod umístěných na pokožku hlavy, až po invazivní, které vyžadují, aby byly elektrody implantovány do samotného mozku.
Neinvazivní BCI zahrnují elektroencefalografii založenou na skalpu (EEG), která zaznamenává aktivitu mnoha neuronů na velkých oblastech mozku. Výhodou systémů založených na EEG je to, že nevyžadují chirurgický zákrok. Na druhé straně mohou tyto systémy detekovat pouze obecnou mozkovou aktivitu, takže uživatel musí soustředit své myšlenky pouze na jeden úkol.
Více invazivní systémy zahrnují elektrokortikografii (ECoG), ve které jsou elektrody implantovány na povrch mozku pro zaznamenávání EEG signálů z kůry. Protože Wilder Penfield a Herbert Jasper propagovali tuto techniku na počátku padesátých let, používá se mimo jiné k identifikaci oblastí mozku, kde začínají epileptické záchvaty.
Některé BCI používají elektrody implantované do mozkové kůry. Přestože jsou tyto systémy invazivnější, mají mnohem lepší rozlišení a mohou zachytit signály vysílané jednotlivými neurony. BCI mohou nyní dokonce umožnit lidem s paraplegií (ochrnutí všech čtyř končetin) ovládat robotickou paži pouze prostřednictvím myšlenky, nebo umožnit uživatelům hláskovat slova na obrazovce počítače pouze pomocí jejich mysli.
Navzdory mnoha pokrokům zůstává o mozku mnoho věcí. Pro překlenutí této mezery se američtí vědci pustili do nového projektu mapování lidského mozku, který v dubnu oznámil prezident Barack Obama, nazvaný iniciativa BRAIN (Výzkum mozku prostřednictvím rozvoje inovativních neurotechnologií).
Neurovědci si však nechají práci vyříznout. „Mozek je pravděpodobně nejsložitějším strojem ve vesmíru,“ řekl Castillo. "Stále jsme toho daleko od pochopení."
