Khoa học chính thống hiện đại điều tra não bộ như thế nào?

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Cách đây không lâu, theo tiêu chuẩn lịch sử, bộ não được ví như một "hộp đen", các quá trình bên trong vẫn còn là một bí ẩn. Các thành tựu khoa học gần đây không còn cho phép chúng ta tuyên bố điều này một cách phân loại như vậy nữa. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều câu hỏi hơn là những câu trả lời rõ ràng trong lĩnh vực nghiên cứu não bộ.

Rất khó để nhận ra trong hệ thống này, hệ thống này có các tham số số vũ trụ và chuyển động liên tục, các cơ chế có thể tương quan với những gì chúng ta gọi là trí nhớ và tư duy. Đôi khi đối với điều này, bạn phải thâm nhập trực tiếp vào não. Theo nghĩa vật lý trực tiếp nhất.

Dù những người bảo vệ động vật hoang dã có nói gì đi nữa, thì không ai cấm các nhà nghiên cứu thử nghiệm trên não của khỉ và chuột. Tuy nhiên, khi nói đến bộ não con người - tất nhiên là một bộ não sống - các thí nghiệm về nó thực tế là không thể vì lý do luật pháp và đạo đức. Bạn chỉ có thể nhận được "chất xám" bên trong, như họ nói, đối với công ty bằng thuốc.

Dây trong đầu của tôi

Một cơ hội như vậy được đưa ra cho các nhà nghiên cứu não bộ là nhu cầu phẫu thuật điều trị các trường hợp động kinh nặng không đáp ứng với điều trị bằng thuốc. Nguyên nhân gây bệnh là do các vùng não giữa thùy thái dương bị ảnh hưởng. Đó là những vùng cần được cắt bỏ bằng các phương pháp phẫu thuật thần kinh, nhưng trước hết chúng cần được xác định để có thể nói, có thể nói, không phải là “cắt bỏ phần thừa”.

Bác sĩ giải phẫu thần kinh người Mỹ Yitzhak Fried từ Đại học California (Los Angeles) là một trong những người đầu tiên áp dụng công nghệ đưa các điện cực 1 mm trực tiếp vào vỏ não vào những năm 1970. So với kích thước của tế bào thần kinh, các điện cực có kích thước xyclopean, nhưng ngay cả một dụng cụ thô sơ như vậy cũng đủ để loại bỏ tín hiệu điện trung bình từ một số tế bào thần kinh (từ một nghìn đến một triệu).

Về nguyên tắc, điều này là đủ để đạt được các mục tiêu y tế thuần túy, nhưng ở một số giai đoạn, người ta quyết định cải tiến thiết bị. Kể từ bây giờ, điện cực milimét nhận được một đầu ở dạng phân nhánh của tám điện cực mỏng hơn với đường kính 50 μm.

Điều này làm cho nó có thể tăng độ chính xác của các phép đo lên đến việc cố định tín hiệu từ các nhóm tế bào thần kinh tương đối nhỏ. Các phương pháp cũng đã được phát triển để lọc ra tín hiệu được gửi từ một tế bào thần kinh trong não khỏi tiếng ồn "tập thể". Tất cả điều này được thực hiện không phải vì mục đích y tế, mà vì mục đích khoa học thuần túy.

Độ dẻo của não là gì?

Tính dẻo của não là khả năng tuyệt vời của cơ quan tư duy của chúng ta để thích ứng với những hoàn cảnh thay đổi. Nếu chúng ta học một kỹ năng và rèn luyện trí não chuyên sâu, thì vùng não chịu trách nhiệm về kỹ năng đó sẽ xuất hiện dày đặc. Các tế bào thần kinh nằm ở đó tạo ra các kết nối bổ sung, củng cố các kỹ năng mới có được. Trong trường hợp tổn thương một phần quan trọng của não, đôi khi não sẽ phát triển lại các trung tâm bị mất trong vùng nguyên vẹn.

Các tế bào thần kinh được đặt tên

Đối tượng nghiên cứu là những người đang chờ phẫu thuật chứng động kinh: trong khi các điện cực được gắn trong vỏ não đang đọc tín hiệu từ các tế bào thần kinh để xác định chính xác khu vực can thiệp phẫu thuật, các thí nghiệm rất thú vị đã được thực hiện trên đường đi. Và đây chính là trường hợp khi các biểu tượng của văn hóa đại chúng - các ngôi sao Hollywood, những người có hình ảnh dễ dàng nhận ra đối với phần lớn dân số thế giới, đã mang lại lợi ích thực sự cho khoa học.

Đồng nghiệp của Yitzhak Frida, bác sĩ và nhà sinh lý học thần kinh, Rodrigo Kian Quiroga, đã cho các đối tượng trên máy tính xách tay của mình một loạt các hình ảnh nổi tiếng, bao gồm các tính cách phổ biến và các công trình kiến trúc nổi tiếng như Nhà hát Opera Sydney.

Khi những bức ảnh này được hiển thị, hoạt động điện của các tế bào thần kinh riêng lẻ được quan sát trong não, và các hình ảnh khác nhau “kích hoạt” các tế bào thần kinh khác nhau. Ví dụ, một “tế bào thần kinh Jennifer Aniston” đã được cài đặt, “tế bào thần kinh này“phát hỏa”bất cứ khi nào bức chân dung của nữ diễn viên lãng mạn này xuất hiện trên màn hình. Dù bức ảnh Aniston được hiển thị với đối tượng nào, tế bào thần kinh "tên của cô ấy" vẫn không bị lỗi. Hơn nữa, nó cũng phát huy tác dụng khi các khung hình của bộ phim truyền hình nổi tiếng xuất hiện trên màn hình mà nữ diễn viên đóng vai chính, ngay cả khi bản thân cô ấy không có trong khung hình đó. Nhưng khi nhìn thấy những cô gái chỉ có vẻ ngoài giống Jennifer, tế bào thần kinh im lặng.

Hóa ra, tế bào thần kinh được nghiên cứu đã liên kết chính xác với hình ảnh toàn diện của một nữ diễn viên cụ thể, chứ không phải với các yếu tố riêng lẻ về ngoại hình hay quần áo của cô ấy. Và khám phá này đã cung cấp, nếu không phải là chìa khóa, thì cũng là manh mối để hiểu cơ chế lưu giữ trí nhớ lâu dài trong não người.

Điều duy nhất ngăn cản chúng tôi tiến về phía trước là những điều hết sức cân nhắc về đạo đức và luật pháp, đã được đề cập ở trên. Các nhà khoa học không thể đặt các điện cực ở bất kỳ vùng nào khác của não, ngoại trừ những vùng được nghiên cứu trước khi phẫu thuật và bản thân nghiên cứu này có khung thời gian y tế hạn chế.

Điều này khiến rất khó để tìm ra câu trả lời cho câu hỏi liệu tế bào thần kinh của Jennifer Aniston, Brad Pitt, hay Tháp Eiffel có thực sự tồn tại hay không, hoặc có thể do kết quả của các phép đo, các nhà khoa học tình cờ phát hiện ra một tế bào duy nhất từ toàn bộ mạng lưới. được kết nối với nhau bằng các kết nối tiếp hợp, có nhiệm vụ lưu giữ hoặc nhận dạng một hình ảnh nào đó.

Chơi với hình ảnh

Có thể như vậy, các thí nghiệm vẫn tiếp tục, và Moran Cerf tham gia cùng chúng - một nhân cách cực kỳ linh hoạt. Sinh ra là người Israel, anh đã thử sức mình với tư cách là một nhà tư vấn kinh doanh, hacker và đồng thời là một giảng viên bảo mật máy tính, cũng như một nghệ sĩ và nhà văn, nhà văn và nhạc sĩ truyện tranh.

Chính người đàn ông với một loạt tài năng xứng đáng với thời kỳ Phục hưng này đã đảm nhận việc tạo ra một loại giao diện thần kinh trên cơ sở nơ-ron Jennifer Aniston và những thứ tương tự. Lần này, 12 bệnh nhân của Trung tâm y tế mang tên V. I. Ronald Reagan tại Đại học California. Trong quá trình nghiên cứu trước phẫu thuật, 64 điện cực riêng biệt đã được đưa vào vùng của thùy thái dương giữa. Song song đó, các thí nghiệm bắt đầu.

Sự phát triển của khoa học về hoạt động thần kinh cao hơn hứa hẹn những triển vọng đáng kinh ngạc: con người sẽ có thể hiểu rõ hơn về bản thân và đối phó với những căn bệnh nan y hiện nay. Mặt đạo đức và pháp lý của các thí nghiệm trên não người sống vẫn còn là một vấn đề.

Mọi người lần đầu tiên được xem 110 hình ảnh về các chủ đề văn hóa đại chúng. Kết quả của vòng đầu tiên này, bốn bức ảnh đã được chọn, trong đó toàn bộ mười đối tượng được ghi lại rõ ràng sự kích thích của các tế bào thần kinh ở các phần khác nhau của vùng nghiên cứu của vỏ não. Sau đó, hai hình ảnh được hiển thị đồng thời trên màn hình, chồng lên nhau và mỗi hình ảnh có độ trong suốt 50%, tức là các hình ảnh chiếu qua nhau.

Đối tượng được yêu cầu tăng độ sáng của một trong hai hình ảnh để che khuất "đối thủ" của mình. Trong trường hợp này, tế bào thần kinh chịu trách nhiệm về hình ảnh mà bệnh nhân tập trung vào tạo ra một tín hiệu điện mạnh hơn so với tế bào thần kinh liên quan đến hình ảnh thứ hai. Các xung được cố định bằng các điện cực, đi vào bộ giải mã và biến thành tín hiệu điều khiển độ sáng (hoặc độ trong suốt) của hình ảnh.

Vì vậy, công việc suy nghĩ là khá đủ để một bức tranh bắt đầu "đập" bức tranh kia. Khi các đối tượng được yêu cầu không tăng cường độ sáng, mà ngược lại, làm cho một trong hai hình ảnh nhạt đi, liên kết não - máy tính lại hoạt động.

Ánh sáng phía trước

Trò chơi thú vị này có đáng để tiến hành thí nghiệm trên người sống, đặc biệt là những người có vấn đề sức khỏe nghiêm trọng không? Theo các tác giả của dự án, nó rất đáng giá, bởi vì các nhà nghiên cứu không chỉ thỏa mãn sở thích khoa học có tính chất cơ bản của họ, mà còn tìm tòi các phương pháp giải quyết các vấn đề khá ứng dụng.

Nếu có các tế bào thần kinh (hoặc các bó tế bào thần kinh) trong não phấn khích khi nhìn thấy Jennifer Aniston, thì chắc chắn phải có các tế bào não chịu trách nhiệm về các khái niệm và hình ảnh cần thiết hơn cho cuộc sống. Trong trường hợp bệnh nhân không thể nói hoặc báo hiệu các vấn đề và nhu cầu của mình bằng cử chỉ, kết nối trực tiếp đến não sẽ giúp các bác sĩ tìm hiểu về nhu cầu của bệnh nhân từ các tế bào thần kinh. Hơn nữa, càng nhiều hiệp hội được thành lập, một người sẽ càng có nhiều khả năng để giao tiếp về bản thân mình.

Tuy nhiên, một điện cực được gắn trong não, ngay cả khi nó có đường kính 50 micron, là một công cụ quá thô sơ để nhắm mục tiêu chính xác một tế bào thần kinh cụ thể. Một phương pháp tương tác tinh tế hơn là di truyền quang học, liên quan đến việc biến đổi các tế bào thần kinh ở cấp độ di truyền.

Ed Boyden và Karl Thessot, những người bắt đầu công việc của họ tại Đại học Stanford, được coi là một trong những người tiên phong của hướng này. Ý tưởng của họ là hoạt động trên các tế bào thần kinh bằng cách sử dụng các nguồn sáng thu nhỏ. Đối với điều này, các tế bào, tất nhiên, phải được làm cho nhạy cảm với ánh sáng.

Vì các thao tác vật lý để cấy các protein nhạy cảm với ánh sáng - opsin - vào các tế bào riêng lẻ gần như không thể thực hiện được, các nhà nghiên cứu đề xuất … lây nhiễm vi rút vào tế bào thần kinh. Chính loại virus này sẽ đưa gen tổng hợp protein nhạy cảm với ánh sáng vào bộ gen của tế bào.

Công nghệ này có một số ứng dụng tiềm năng. Một trong số đó là phục hồi một phần thị lực ở mắt bị tổn thương võng mạc bằng cách truyền các đặc tính nhạy cảm với ánh sáng cho các tế bào không nhạy sáng còn lại (đã có thí nghiệm thành công trên động vật). Nhận các tín hiệu điện do ánh sáng tới gây ra, não sẽ sớm học cách làm việc với chúng và giải thích chúng thành một hình ảnh, mặc dù chất lượng kém hơn.

Một ứng dụng khác đang làm việc với các tế bào thần kinh trực tiếp trong não bằng cách sử dụng các hướng dẫn ánh sáng thu nhỏ. Bằng cách kích hoạt các tế bào thần kinh khác nhau trong não của động vật với sự trợ giúp của chùm ánh sáng, có thể theo dõi phản ứng hành vi mà các tế bào thần kinh này gây ra. Ngoài ra, can thiệp “ánh sáng” vào não có thể có giá trị điều trị trong tương lai.