Nota editorului: În această serie săptămânală, LiveScience explorează modul în care tehnologia conduce explorarea și descoperirea științifică.
Experiența umană este definită de creier, dar încă multe despre acest 3-lb. organul rămâne un mister. Chiar și așa, de la imagistica creierului la interfețele creier-computer, oamenii de știință au făcut pași impresionanți în dezvoltarea tehnologiilor pentru a face cu vederea în interiorul minții.
Imagistica creierul
În prezent, oamenii de știință care studiază creierul pot privi structura sau funcția acestuia. În imagistica structurală, mașinile fac instantanee ale anatomiei pe scară largă a creierului care pot fi utilizate pentru a diagnostica tumori sau cheaguri de sânge, de exemplu. Imagistica funcțională oferă o viziune dinamică a creierului, arătând ce zone sunt active în timpul gândirii și percepției.
Tehnicile de imagistică structurală includ scanări CAT sau tomografii axiale computerizate, care preiau imagini cu felii prin creier bătând razele X din cap din mai multe unghiuri diferite. CAT, sau CT, scanări sunt adesea folosite pentru a diagnostica o leziune cerebrală, de exemplu. O altă metodă, tomografia cu emisie de pozitron (PET), generează atât imagini în 2D, cât și 3D ale creierului: o substanță chimică radioactivă, injectată în sânge, emite raze gamma pe care le detectează un scaner. Și imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) oferă o vedere a structurii generale a creierului prin măsurarea rotirii magnetice a atomilor din interiorul unui câmp magnetic puternic.
„Nu există nicio întrebare că RMN este cel mai bun mod de a vedea creierul”, a spus dr. Mauricio Castillo, radiolog la Universitatea din Carolina de Nord la Chapel Hill și redactor-șef al Jurnalului American de Neuroradiologie.
Pe tărâmul imaginii funcționale, standardul actual de aur este RMN funcțional (fMRI). Această tehnică măsoară modificările fluxului de sânge în diferite zone ale creierului, ca reprezentant pentru zonele care sunt active atunci când cineva îndeplinește o sarcină, cum ar fi citirea unui cuvânt sau vizualizarea unei imagini.
„Accentul în zilele noastre este de a încerca să îmbine modul în care creierul este cablat cu activarea cortexului”, a spus Castillo.
Mai multe metode pot fi combinate pentru a îmbina structura și funcția creierului. De exemplu, scanarea RMN și PET poate fi efectuată simultan, iar imaginile pot fi combinate pentru a arăta activitatea fiziologică suprapusă pe o hartă anatomică a creierului. Rezultatul final poate fi folosit pentru a spune unui chirurg locația unei leziuni cerebrale, astfel încât să poată fi înlăturat, a spus Castillo.
Recent, a fost dezvoltată o nouă tehnică pentru a vedea literalmente în interiorul creierului. Numită CLARITY (inițial pentru Tissue-hYdrogel-compatibil cu hibridizarea acrilamidă-schimbată cu lipide clar-schimbată cu lipide), poate face un creier (fără lumină) transparent la lumină, păstrându-și structura intactă. Tehnica a fost deja utilizată pentru a vizualiza cablarea neurologică a unui creier de șoarece adult.
Decodarea gândurilor
Unii oameni de știință vor să vadă în interiorul creierului mai figurat. Introduceți interfețe creier-computer (BCIs sau IMC-uri, interfețe creier-mașină), dispozitive care conectează semnalele creierului la un dispozitiv extern, cum ar fi un computer sau un membru protetic. BCI variază de la sisteme neinvazive care constau din electrozi așezați pe scalp, până la cele mai invazive, care necesită implantarea electrozilor în creierul însuși.
BCI neinvazive includ electroencefalografia bazată pe scalp (EEG), care înregistrează activitatea multor neuroni în zonele creierului mari. Avantajul sistemelor bazate pe EEG este că nu necesită intervenții chirurgicale. Pe de altă parte, aceste sisteme pot detecta doar activitatea cerebrală generalizată, astfel încât utilizatorul trebuie să-și concentreze gândurile asupra unei singure sarcini.
Mai multe sisteme invazive includ electrocorticografia (ECoG), în care electrozii sunt implantați pe suprafața creierului pentru a înregistra semnale EEG din cortex. De când Wilder Penfield și Herbert Jasper au fost pionierii tehnicii la începutul anilor '50, s-a folosit, printre alte scopuri, pentru a identifica regiunile creierului unde încep convulsiile epileptice.
Unele BCI folosesc electrozi implantați în cortexul creierului. Deși aceste sisteme sunt mai invazive, au o rezoluție mult mai bună și pot ridica semnalele trimise de neuronii individuali. ICC-urile pot acum permite chiar oamenilor cu paraplegie (paralizia celor patru membre) să controleze un braț robotizat doar prin gânduri sau să le permită utilizatorilor să scrie cuvinte pe ecranul computerului folosind doar mintea lor.
În ciuda multor progrese, multe rămân necunoscute despre creier. Pentru a rezolva acest decalaj, oamenii de știință americani se angajează într-un nou proiect de mapare a creierului uman, anunțat de președintele Barack Obama în aprilie, denumit inițiativa BRAIN (Cercetarea creierului prin avansarea Neurotehnologiilor inovatoare).
Dar neuroștiințienii au munca lor tăiată pentru ei. "Creierul este probabil cea mai complexă mașină din univers", a spus Castillo. „Mai suntem departe de a-l înțelege”.
