ملحوظة المحرر: في هذه السلسلة الأسبوعية ، يستكشف LiveScience كيفية دفع التكنولوجيا للاستكشاف العلمي والاكتشاف.
يتم تعريف التجربة البشرية من قبل الدماغ ، ولكن الكثير عن هذا 3 رطل. الجهاز لا يزال لغزا. ومع ذلك ، من تصوير الدماغ إلى واجهات الدماغ والحاسوب ، قطع العلماء خطوات رائعة في تطوير التقنيات للنظير داخل العقل.
تصوير الدماغ
في الوقت الحالي ، يمكن للعلماء الذين يدرسون الدماغ أن ينظروا إلى هيكله أو وظيفته. في التصوير الهيكلي ، تأخذ الآلات لقطات من تشريح الدماغ واسع النطاق الذي يمكن استخدامه لتشخيص الأورام أو الجلطات الدموية ، على سبيل المثال. يوفر التصوير الوظيفي عرضًا ديناميكيًا للدماغ ، يوضح المناطق النشطة أثناء التفكير والإدراك.
تشمل تقنيات التصوير الهيكلي عمليات مسح CAT ، أو التصوير المقطعي المحوسب ، الذي يلتقط صورًا للشرائح عبر الدماغ عن طريق تمرير الأشعة السينية على الرأس من عدة زوايا مختلفة. يستخدم التصوير المقطعي المحوسب (CT) في الغالب لتشخيص إصابة الدماغ ، على سبيل المثال. طريقة أخرى ، التصوير المقطعي بانبعاث البوزيترون (PET) ، تولد صورًا ثنائية وثلاثية الأبعاد للدماغ: مادة كيميائية مشعة يتم حقنها في الدم تنبعث منها أشعة جاما التي يكتشفها الماسح الضوئي. ويوفر التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) رؤية للبنية الكلية للدماغ من خلال قياس الدوران المغناطيسي للذرات داخل مجال مغناطيسي قوي.
قال الدكتور ماوريسيو كاستيلو ، اختصاصي الأشعة بجامعة نورث كارولينا في تشابل هيل ورئيس تحرير المجلة الأمريكية لعلم الأعصاب: "ليس هناك شك في أن التصوير بالرنين المغناطيسي هو على الأرجح أفضل طريقة لرؤية الدماغ".
في مجال التصوير الوظيفي ، المعيار الذهبي الحالي هو التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI). تقيس هذه التقنية التغيرات في تدفق الدم إلى مناطق الدماغ المختلفة كبديل للمناطق التي تكون نشطة عندما يقوم شخص ما بمهمة مثل قراءة كلمة أو مشاهدة صورة.
وقال كاستيلو: "التركيز في الوقت الحاضر هو محاولة دمج كيفية توصيل الدماغ بتنشيط القشرة".
يمكن الجمع بين عدة طرق لدمج بنية الدماغ ووظيفته. على سبيل المثال ، يمكن إجراء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي و PET في وقت واحد ، ويمكن دمج الصور لإظهار النشاط الفسيولوجي المتراكب على خريطة تشريحية للدماغ. وقال كاستيلو إن النتيجة النهائية يمكن استخدامها لإخبار الجراح بموقع آفة الدماغ حتى يمكن إزالتها.
في الآونة الأخيرة ، تم تطوير تقنية جديدة لرؤية حرفيا داخل الدماغ. يُطلق عليه CLARITY (في الأصل من أجل التصوير الجامد الهجين من مادة الأكريلاميد الشحمية الهجينة / التصوير المناعي / الأنسجة المتوافقة مع التهجين في الموقع) ، يمكن أن يجعل الدماغ (غير الحي) شفافًا للضوء مع الحفاظ على هيكله سليمًا. وقد تم استخدام هذه التقنية بالفعل لتصور الأسلاك العصبية لدماغ فأر بالغ.
فك رموز الأفكار
يريد بعض العلماء أن يروا داخل الدماغ بشكل مجازي أكثر. أدخل واجهات الدماغ - الكمبيوتر (BCIs أو BMIs ، واجهات الدماغ - الجهاز) ، والأجهزة التي تربط إشارات الدماغ بجهاز خارجي ، مثل الكمبيوتر أو الطرف الاصطناعي. تتراوح BCIs من الأنظمة غير الغازية التي تتكون من أقطاب كهربائية موضوعة على فروة الرأس ، إلى أنظمة أخرى أكثر انتشارًا تتطلب زرع أقطاب كهربائية في الدماغ نفسه.
تشمل BCIs غير الباضعة تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) الذي يسجل نشاط العديد من الخلايا العصبية في مناطق كبيرة من الدماغ. ميزة الأنظمة القائمة على تخطيط الدماغ هي أنها لا تتطلب جراحة. من ناحية أخرى ، يمكن لهذه الأنظمة اكتشاف نشاط الدماغ المعمم فقط ، لذلك يجب على المستخدم تركيز أفكاره على مهمة واحدة فقط.
تتضمن الأنظمة الأكثر توغلاً تخطيطًا كهربائيًا للقشرة (ECoG) ، حيث يتم زرع أقطاب كهربائية على سطح الدماغ لتسجيل إشارات EEG من القشرة الدماغية. منذ أن كان وايلدر بنفيلد وهيربرت جاسبر رائدا في هذه التقنية في أوائل الخمسينيات ، تم استخدامها ، من بين أغراض أخرى ، لتحديد مناطق الدماغ التي تبدأ فيها نوبات الصرع.
تستخدم بعض BCIs أقطاب كهربائية مزروعة داخل قشرة الدماغ. على الرغم من أن هذه الأنظمة أكثر توغلاً ، إلا أنها تتمتع بدقة أفضل ويمكنها التقاط الإشارات التي ترسلها الخلايا العصبية الفردية. يمكن لـ BCIs الآن السماح للبشر الذين يعانون من الشلل النصفي (شلل جميع الأطراف الأربعة) بالتحكم في الذراع الروبوتية من خلال التفكير وحده ، أو السماح للمستخدمين بتهجئة الكلمات على شاشة الكمبيوتر باستخدام عقولهم فقط.
على الرغم من العديد من التطورات ، لا يزال الكثير غير معروف عن الدماغ. لجسر هذه الفجوة ، شرع العلماء الأمريكيون في مشروع جديد لرسم خريطة الدماغ البشري ، أعلن عنه الرئيس باراك أوباما في أبريل ، أطلق عليه اسم مبادرة الدماغ (أبحاث الدماغ من خلال تطوير التقنيات العصبية المبتكرة).
لكن علماء الأعصاب لديهم عمل لهم. قال كاستيلو: "الدماغ هو على الأرجح الجهاز الأكثر تعقيدًا في الكون". "ما زلنا بعيدين عن فهم ذلك."
