Примечание редактора: В этой еженедельной серии LiveScience рассказывает о том, как технологии стимулируют научные исследования и открытия.
Человеческий опыт определяется мозгом, но многое об этом 3 фунта. Орган остается загадкой. Несмотря на это, от визуализации мозга до интерфейсов мозг-компьютер, ученые добились впечатляющих успехов в разработке технологий, чтобы заглянуть внутрь разума.
Воображение мозга
В настоящее время ученые, которые изучают мозг, могут посмотреть на его структуру или его функцию. При структурной визуализации машины делают снимки крупномасштабной анатомии мозга, которую можно использовать, например, для диагностики опухолей или тромбов. Функциональная визуализация обеспечивает динамическое представление о мозге, показывая, какие области активны во время мышления и восприятия.
Методы структурной визуализации включают компьютерную томографию или компьютерную аксиальную томографию, которая позволяет получать изображения срезов головного мозга, излучая рентгеновские лучи на голову под разными углами. КТ, или КТ, часто используются, например, для диагностики черепно-мозговой травмы. Другой метод, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), генерирует как двухмерные, так и трехмерные изображения головного мозга: радиоактивно меченный химикат, введенный в кровь, испускает гамма-лучи, которые обнаруживает сканер. А магнитно-резонансная томография (МРТ) дает представление об общей структуре мозга путем измерения магнитного вращения атомов внутри сильного магнитного поля.
«Нет сомнений в том, что МРТ, вероятно, лучший способ увидеть мозг», - сказал доктор Маурисио Кастильо, рентгенолог из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и главный редактор Американского журнала нейрорадиологии.
В области функциональной визуализации текущий золотой стандарт - это функциональная МРТ (МРТ). Этот метод измеряет изменения в кровотоке к различным областям мозга как прокси, для которых области активны, когда кто-то выполняет задачу, такую как чтение слова или просмотр изображения.
«В настоящее время акцент делается на том, чтобы объединить то, как мозг связан с активацией коры», - сказал Кастильо.
Несколько методов могут быть объединены, чтобы объединить структуру и функцию мозга. Например, МРТ и ПЭТ сканирование могут выполняться одновременно, и изображения можно комбинировать, чтобы показать физиологическую активность, наложенную на анатомическую карту мозга. Кастильо сказал, что конечный результат может быть использован, чтобы сообщить хирургу о месте поражения головного мозга, чтобы его можно было удалить.
Недавно была разработана новая техника, чтобы буквально видеть внутри мозга. Называемый CLARITY (первоначально предназначенный для обмена прозрачной липид-обменной акриламидной гибридизированной тканью / иммуноокрашиванием / гибридизацией in situ Tissue-hYdrogel), он может сделать (неживой) мозг прозрачным для света, сохраняя при этом свою структуру нетронутой. Техника уже использовалась для визуализации неврологической проводки мозга взрослой мыши.
Расшифровка мыслей
Некоторые ученые хотят видеть внутри мозга более образно. Введите интерфейсы мозг-компьютер (ИМК или ИМТ, интерфейсы мозг-машина), устройства, которые соединяют сигналы мозга с внешним устройством, таким как компьютер или протез. ИМК варьируются от неинвазивных систем, которые состоят из электродов, помещенных в кожу головы, до более инвазивных систем, которые требуют имплантации электродов в сам мозг.
Неинвазивные ИМК включают электроэнцефалографию (ЭЭГ) кожи головы, которая регистрирует активность многих нейронов в больших областях мозга. Преимущество систем на основе ЭЭГ заключается в том, что они не требуют хирургического вмешательства. С другой стороны, эти системы могут обнаруживать только общую активность мозга, поэтому пользователь должен сосредоточить свои мысли только на одной задаче.
Более инвазивные системы включают электрокортикографию (ECoG), в которой электроды имплантируются на поверхность мозга для записи сигналов ЭЭГ от коры. С тех пор как Уайлдер Пенфилд и Герберт Джаспер первыми применили эту технику в начале 1950-х годов, она использовалась, в частности, для выявления областей мозга, где начинаются эпилептические припадки.
Некоторые BCI используют электроды, имплантированные в кору головного мозга. Хотя эти системы более инвазивны, они имеют гораздо лучшее разрешение и могут принимать сигналы, посылаемые отдельными нейронами. BCI теперь могут даже позволить людям с параплегией (параличом всех четырех конечностей) управлять роботизированной рукой с помощью одной мысли или позволить пользователям произносить слова на экране компьютера, используя только свой разум.
Несмотря на многие достижения, многое остается неизвестным о мозге. Чтобы восполнить этот пробел, американские ученые начинают новый проект по картированию человеческого мозга, объявленный президентом Бараком Обамой в апреле, который называется инициативой BRAIN (исследование мозга через продвижение инновационных нейротехнологий).
Но нейробиологам поручили на них свою работу. «Мозг, вероятно, самая сложная машина во вселенной», - сказал Кастильо. «Мы все еще далеки от понимания этого».
