เทคโนโลยีที่น่าทึ่ง: วิธีการดูภายในจิตใจ

หมายเหตุบรรณาธิการ:ในซีรีส์ประจำสัปดาห์นี้ Livescience สำรวจว่าเทคโนโลยีผลักดันการสำรวจและการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ได้อย่างไร

ประสบการณ์ของมนุษย์ถูกกำหนดโดยสมอง แต่มีมากเกี่ยวกับ 3-lb นี้ อวัยวะยังคงเป็นปริศนา ถึงกระนั้นตั้งแต่การถ่ายภาพสมองไปจนถึงการเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์สมองนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างความก้าวหน้าที่น่าประทับใจในการพัฒนาเทคโนโลยีไปจนถึงการมองเข้าไปในใจ

ถ่ายภาพสมอง

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสมองสามารถดูโครงสร้างหรือการทำงานของมัน ในการถ่ายภาพโครงสร้างเครื่องจักรใช้สแนปชอตของกายวิภาคขนาดใหญ่ของสมองที่สามารถใช้ในการวินิจฉัยเนื้องอกหรือลิ่มเลือดเช่น การถ่ายภาพที่ใช้งานได้ให้มุมมองแบบไดนามิกของสมองซึ่งแสดงให้เห็นว่าพื้นที่ใดทำงานในระหว่างการคิดและการรับรู้

เทคนิคการถ่ายภาพโครงสร้างรวมถึงการสแกน CAT หรือเอกซ์เรย์ตามแนวแกนคอมพิวเตอร์ซึ่งถ่ายภาพชิ้นผ่านสมองโดยการยิ้มแย้มแจ่มใสที่หัวจากมุมที่แตกต่างกันมากมาย CAT หรือ CT มักใช้การสแกนเพื่อวินิจฉัยอาการบาดเจ็บที่สมอง อีกวิธีหนึ่งคือเอกซ์เรย์ปล่อยโพซิตรอน (PET) สร้างทั้งภาพ 2D และ 3D ของสมอง: สารเคมีที่ติดฉลากกัมมันตภาพรังสีที่ถูกฉีดเข้าไปในเลือดปล่อยรังสีแกมมาที่เครื่องสแกนตรวจจับ และการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) ให้มุมมองของโครงสร้างโดยรวมของสมองโดยการวัดการหมุนของแม่เหล็กของอะตอมภายในสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่ง

“ ไม่มีคำถามว่า MRI น่าจะเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการมองเห็นสมอง” ดร. เมาริซิโอคาสทิลโลนักรังสีวิทยาจากมหาวิทยาลัยนอร์ ธ แคโรไลน่าที่ Chapel Hill และหัวหน้าบรรณาธิการของวารสาร American Neuroradiology กล่าว

ในขอบเขตของการถ่ายภาพที่ใช้งานได้มาตรฐานทองคำปัจจุบันคือMRI ที่ใช้งานได้(fmri) เทคนิคนี้วัดการเปลี่ยนแปลงของการไหลเวียนของเลือดไปยังพื้นที่สมองที่แตกต่างกันเป็นพร็อกซีซึ่งพื้นที่ทำงานอยู่เมื่อมีคนทำงานเช่นอ่านคำหรือดูรูปภาพ -ภายในสมอง: การเดินทางภาพถ่ายผ่านกาลเวลา-

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกที่ส่งตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณ

“ การเน้นในปัจจุบันคือการพยายามรวมกันว่าสมองมีสายเข้ากับการกระตุ้นของเยื่อหุ้มสมอง [ชั้นนอกสุดของสมอง]” Castillo กล่าว

สามารถรวมวิธีการหลายวิธีเพื่อรวมโครงสร้างสมองและฟังก์ชั่น ตัวอย่างเช่นการสแกน MRI และ PET สามารถทำได้พร้อมกันและสามารถรวมภาพเพื่อแสดงกิจกรรมทางสรีรวิทยาที่ซ้อนทับบนแผนที่กายวิภาคของสมอง ผลลัพธ์ที่ได้สามารถใช้เพื่อบอกศัลยแพทย์เกี่ยวกับตำแหน่งของรอยโรคสมองเพื่อให้สามารถลบออกได้ Castillo กล่าว

เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการพัฒนาเทคนิคใหม่เพื่อมองเห็นในสมองอย่างแท้จริง เรียกว่าความชัดเจน(เดิมทีสำหรับการถ่ายภาพ acrylamide-hybridized immunostaining/immunostaining/in situ hybridization ที่เข้ากันได้กับการถ่ายภาพเนื้อเยื่อที่เข้ากันได้กับไฮบริด เทคนิคนี้ถูกนำมาใช้เพื่อให้เห็นภาพการเดินสายทางระบบประสาทของสมองหนูผู้ใหญ่

สมองเมาส์เรืองแสงถ่ายภาพโดยใช้เทคนิคความชัดเจน(เครดิตภาพ: Kwanghun Chung และ Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute/Stanford University)

การถอดรหัสความคิด

นักวิทยาศาสตร์บางคนต้องการเห็นภายในสมองมากขึ้น เข้าอินเทอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์(BCIS หรือ BMIs, อินเทอร์เฟซเครื่องสมอง), อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อสัญญาณสมองกับอุปกรณ์ภายนอกเช่นคอมพิวเตอร์หรือแขนขาเทียม BCIS มีตั้งแต่ระบบที่ไม่รุกล้ำซึ่งประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าที่วางอยู่บนหนังศีรษะไปจนถึงระบบที่รุกรานมากขึ้นซึ่งต้องการอิเล็กโทรดที่จะฝังในสมอง

BCIs ที่ไม่รุกล้ำรวมถึง Electroencephalography บนหนังศีรษะ (EEG) ซึ่งบันทึกกิจกรรมของเซลล์ประสาทจำนวนมากในพื้นที่สมองขนาดใหญ่ ข้อได้เปรียบของระบบที่ใช้ EEG คือพวกเขาไม่ต้องการการผ่าตัด ในทางกลับกันระบบเหล่านี้สามารถตรวจจับการทำงานของสมองทั่วไปเท่านั้นดังนั้นผู้ใช้จะต้องมุ่งเน้นความคิดของเขาหรือเธอในงานเดียว

ระบบที่รุกรานมากขึ้น ได้แก่ Electrocorticography (ECOG) ซึ่งอิเล็กโทรดถูกฝังอยู่บนพื้นผิวของสมองเพื่อบันทึกสัญญาณ EEG จากเยื่อหุ้มสมอง ตั้งแต่ Wilder Penfield และ Herbert Jasper เป็นผู้บุกเบิกเทคนิคในช่วงต้นทศวรรษ 1950 จึงมีการใช้งานเพื่อระบุบริเวณสมองที่มีอาการชักจากโรคลมชัก

BCIs บางตัวใช้อิเล็กโทรดที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มสมองของสมอง แม้ว่าระบบเหล่านี้จะรุกรานมากขึ้น แต่ก็มีความละเอียดที่ดีกว่ามากและสามารถรับสัญญาณที่ส่งโดยเซลล์ประสาทส่วนบุคคล BCIS สามารถอนุญาตให้มนุษย์เป็นอัมพาต (อัมพาตของแขนขาทั้งสี่) ได้ควบคุมแขนหุ่นยนต์ผ่านความคิดเพียงอย่างเดียวหรืออนุญาตให้ผู้ใช้สะกดคำบนหน้าจอคอมพิวเตอร์โดยใช้ความคิดของพวกเขา

ด้วยการใช้อินเทอร์เฟซคอมพิวเตอร์สมอง braingate ผู้ป่วย tetraplegic ควบคุมแขนหุ่นยนต์ด้วยสมองของเธอ(เครดิตภาพ: ธรรมชาติ)

แม้จะมีความก้าวหน้ามากมาย แต่ก็ยังไม่เป็นที่รู้จักเกี่ยวกับสมอง เพื่อเชื่อมช่องว่างนี้นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันกำลังเริ่มต้นใหม่โครงการเพื่อทำแผนที่สมองมนุษย์ประกาศโดยประธานาธิบดีบารัคโอบามาในเดือนเมษายนเรียกว่า Brain Initiative (การวิจัยสมองผ่านการพัฒนาระบบประสาทที่เป็นนวัตกรรมใหม่)

แต่นักประสาทวิทยามีงานของพวกเขาถูกตัดให้พวกเขา “ สมองน่าจะเป็นเครื่องจักรที่ซับซ้อนที่สุดในจักรวาล” Castillo กล่าว "เรายังคงเข้าใจได้นาน"

ติดตามลูอิสถามบนTwitterและGoogle+- ติดตามเรา@livescience-Facebook-Google+- บทความต้นฉบับเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สด-

相關貼文