Je! Sayansi ya kisasa ya kisasa inachunguza ubongo?

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Sio zamani sana, kulingana na viwango vya kihistoria, ubongo ulizungumzwa kama "sanduku nyeusi", michakato ndani ambayo ilibaki kuwa siri. Mafanikio ya hivi majuzi ya kisayansi hayaturuhusu tena kutangaza hili kimsingi. Hata hivyo, bado kuna maswali mengi zaidi kuliko majibu yasiyo na utata katika uwanja wa utafiti wa ubongo.

Ni ngumu sana kutambua katika mfumo huu, ambao una vigezo vya nambari za ulimwengu na uko katika mwendo wa kila wakati, mifumo ambayo inaweza kuhusishwa na kile tunachoita kumbukumbu na kufikiria. Wakati mwingine kwa hili unapaswa kupenya moja kwa moja kwenye ubongo. Kwa maana ya moja kwa moja ya kimwili.

Vyovyote vile watetezi wa wanyamapori wanasema, bado hakuna mtu ambaye amekataza watafiti kufanya majaribio juu ya ubongo wa nyani na panya. Hata hivyo, linapokuja suala la ubongo wa binadamu - ubongo hai, bila shaka - majaribio juu yake ni kivitendo haiwezekani kwa sababu za sheria na maadili. Unaweza kuingia ndani ya "jambo la kijivu" tu, kama wanasema, kwa kampuni iliyo na dawa.

Waya kichwani mwangu

Fursa moja kama hiyo iliyowasilishwa kwa watafiti wa ubongo ilikuwa hitaji la matibabu ya upasuaji ya kesi kali za kifafa ambazo hazijibu matibabu ya dawa. Sababu ya ugonjwa huo ni maeneo yaliyoathirika ya lobe ya muda ya kati. Ni maeneo haya ambayo yanahitaji kuondolewa kwa kutumia njia za neurosurgery, lakini kwanza kabisa wanahitaji kutambuliwa ili, kwa kusema, sio "kukata ziada".

Daktari wa upasuaji wa neva wa Marekani Yitzhak Fried kutoka Chuo Kikuu cha California (Los Angeles) alikuwa mmoja wa wa kwanza kutumia teknolojia ya kuingiza elektroni za mm 1 moja kwa moja kwenye gamba la ubongo miaka ya 1970. Ikilinganishwa na saizi ya seli za ujasiri, elektroni zilikuwa na vipimo vya cyclopean, lakini hata chombo kichafu kama hicho kilitosha kuondoa ishara ya wastani ya umeme kutoka kwa idadi ya neurons (kutoka elfu hadi milioni).

Kimsingi, hii ilikuwa ya kutosha kufikia malengo ya matibabu, lakini katika hatua fulani iliamuliwa kuboresha chombo. Kuanzia sasa, electrode ya millimeter ilipokea mwisho kwa namna ya matawi ya electrodes nane nyembamba na kipenyo cha 50 μm.

Hii ilifanya iwezekanavyo kuongeza usahihi wa vipimo hadi urekebishaji wa ishara kutoka kwa vikundi vidogo vya neurons. Mbinu pia zimetengenezwa ili kuchuja ishara inayotumwa kutoka kwa seli moja ya neva kwenye ubongo kutoka kwa kelele ya "pamoja". Yote haya hayakufanywa kwa madhumuni ya matibabu, lakini kwa madhumuni ya kisayansi tu.

Plastiki ya ubongo ni nini?

Ubora wa ubongo ni uwezo wa ajabu wa chombo chetu cha kufikiri kukabiliana na mabadiliko ya hali. Ikiwa tunajifunza ujuzi na kufundisha ubongo kwa nguvu, unene huonekana katika eneo la ubongo linalohusika na ujuzi huo. Neuroni zilizo hapo huunda miunganisho ya ziada, kuunganisha ujuzi mpya uliopatikana. Katika tukio la uharibifu wa sehemu muhimu ya ubongo, ubongo wakati mwingine huendeleza tena vituo vilivyopotea katika eneo lisilofaa.

Neuroni zinazoitwa

Vitu vya utafiti vilikuwa watu wanaongojea upasuaji wa kifafa: wakati elektroni zilizowekwa kwenye gamba la ubongo zilikuwa zikisoma mawimbi kutoka kwa niuroni ili kuamua kwa usahihi eneo la uingiliaji wa upasuaji, majaribio ya kuvutia sana yalifanywa njiani. Na hii ndio ilikuwa kesi wakati icons za tamaduni ya pop - nyota za Hollywood, ambazo picha zao zinatambulika kwa urahisi na idadi kubwa ya watu ulimwenguni, zilileta faida halisi kwa sayansi.

Mfanyakazi mwenza wa Yitzhak Frida, daktari na mwanafiziolojia ya mfumo wa neva Rodrigo Kian Quiroga, alionyesha watu kwenye kompyuta yake ndogo uteuzi wa picha zinazojulikana, ikiwa ni pamoja na watu maarufu na miundo maarufu kama vile Sydney Opera House.

Wakati picha hizi zilionyeshwa, shughuli za umeme za neurons za kibinafsi zilionekana kwenye ubongo, na picha tofauti "ziliwasha" seli tofauti za ujasiri. Kwa mfano, "Jennifer Aniston neuron" iliwekwa, ambayo "ilipiga" wakati wowote picha ya mwigizaji huyu wa kimapenzi ilionekana kwenye skrini. Picha yoyote ambayo Aniston alionyeshwa kwa mhusika, neuroni "jina lake" halikushindwa. Kwa kuongezea, ilifanya kazi pia wakati muafaka kutoka kwa safu maarufu ya Televisheni ilionekana kwenye skrini, ambayo mwigizaji huyo aliangaziwa, hata ikiwa yeye mwenyewe hakuwa kwenye sura. Lakini mbele ya wasichana ambao walionekana kama Jennifer tu, neuron ilikuwa kimya.

Seli ya ujasiri iliyosomwa, kama ilivyotokea, ilihusishwa kwa usahihi na picha kamili ya mwigizaji fulani, na sio kabisa na vipengele vya mtu binafsi vya kuonekana kwake au mavazi. Na ugunduzi huu ulitoa, ikiwa sio ufunguo, basi kidokezo cha kuelewa mifumo ya uhifadhi wa kumbukumbu ya muda mrefu katika ubongo wa mwanadamu.

Kitu pekee ambacho kilituzuia kusonga mbele ni mazingatio ya maadili na sheria, ambayo yametajwa hapo juu. Wanasayansi hawakuweza kuweka elektrodi katika maeneo mengine yoyote ya ubongo, isipokuwa yale ambayo yalifanyiwa utafiti wa kabla ya upasuaji, na utafiti wenyewe ulikuwa na muda mdogo wa matibabu.

Hii ilifanya iwe vigumu sana kupata jibu la swali la ikiwa neuroni ya Jennifer Aniston, au Brad Pitt, au Mnara wa Eiffel iko kweli, au labda kama matokeo ya vipimo, wanasayansi walijikwaa kwa bahati mbaya seli moja kutoka kwa mtandao mzima. kuunganishwa na kila mmoja kwa miunganisho ya sinepsi, ambayo inawajibika kwa kuhifadhi au utambuzi wa picha fulani.

Kucheza na picha

Iwe iwe hivyo, majaribio yaliendelea, na Moran Cerf alijiunga nao - mtu anayebadilika sana. Israeli kwa kuzaliwa, alijaribu mwenyewe kama mshauri wa biashara, hacker na wakati huo huo mwalimu wa usalama wa kompyuta, pamoja na msanii na mwandishi wa kitabu cha comic, mwandishi na mwanamuziki.

Ilikuwa ni mtu huyu mwenye wigo wa vipaji vinavyostahili Renaissance ambaye alichukua kuunda aina ya interface ya neuromachine kwa msingi wa neuron ya Jennifer Aniston na kadhalika. Wakati huu, wagonjwa 12 wa Kituo cha Matibabu kilichoitwa baada ya V. I. Ronald Reagan katika Chuo Kikuu cha California. Katika kipindi cha masomo ya awali, electrodes 64 tofauti ziliingizwa kwenye kanda ya lobe ya muda ya wastani. Sambamba, majaribio yalianza.

Ukuzaji wa sayansi ya shughuli za juu za neva huahidi matarajio ya kushangaza: watu wataweza kujielewa vyema na kukabiliana na magonjwa ambayo hayawezi kuponywa. Upande wa kimaadili na kisheria wa majaribio kwenye ubongo wa mwanadamu aliye hai bado ni tatizo.

Watu walionyeshwa kwa mara ya kwanza picha 110 za mandhari ya utamaduni wa pop. Kama matokeo ya raundi hii ya kwanza, picha nne zilichaguliwa, kwa kuona ambayo msisimko wa neurons katika sehemu tofauti za eneo lililosomwa la cortex ulirekodiwa wazi katika masomo kadhaa. Kisha, picha mbili zilionyeshwa wakati huo huo kwenye skrini, zimewekwa juu ya kila mmoja, na kila moja ilikuwa na uwazi wa 50%, yaani, picha zilikuwa zikiangaza kwa kila mmoja.

Somo liliulizwa kuongeza kiakili mwangaza wa mojawapo ya picha hizo mbili, ili afiche "mpinzani" wake. Katika hali hii, niuroni inayohusika na picha ambayo tahadhari ya mgonjwa ilielekezwa ilitoa ishara ya umeme yenye nguvu zaidi kuliko neuroni inayohusishwa na picha ya pili. Mipigo iliwekwa na elektroni, ikaingia kwenye dekoda na ikageuka kuwa ishara inayodhibiti mwangaza (au uwazi) wa picha.

Kwa hivyo, kazi ya mawazo ilitosha kabisa kwa picha moja kuanza "kupiga" nyingine. Wakati masomo yalipoulizwa yasiimarishe, lakini, kinyume chake, kufanya moja ya picha mbili paler, kiungo cha ubongo-kompyuta tena kilifanya kazi.

Kichwa nyepesi

Je, mchezo huu wa kusisimua ulistahili haja ya kufanya majaribio kwa watu wanaoishi, hasa wale walio na matatizo makubwa ya afya? Kulingana na waandishi wa mradi huo, ilikuwa inafaa, kwa sababu watafiti hawakukidhi tu masilahi yao ya kisayansi ya asili ya kimsingi, lakini pia walitafuta njia za kutatua shida zilizotumika.

Ikiwa kuna neurons (au bahasha za neurons) katika ubongo ambazo zinasisimka wakati wa kuona Jennifer Aniston, basi lazima kuwe na seli za ubongo ambazo zinawajibika kwa dhana na picha ambazo ni muhimu zaidi kwa maisha. Katika hali ambapo mgonjwa hawezi kuzungumza au kuashiria matatizo na mahitaji yake kwa ishara, uhusiano wa moja kwa moja na ubongo utasaidia madaktari kujifunza kuhusu mahitaji ya mgonjwa kutoka kwa niuroni. Zaidi ya hayo, vyama vingi vinaanzishwa, ndivyo mtu atakavyoweza kuwasiliana juu yake mwenyewe.

Hata hivyo, elektrodi iliyopachikwa kwenye ubongo, hata ikiwa ina kipenyo cha mikroni 50, ni chombo ghafi sana kuweza kulenga neuroni mahususi kwa usahihi. Njia ya siri zaidi ya mwingiliano ni optogenetics, ambayo inahusisha mabadiliko ya seli za ujasiri katika ngazi ya maumbile.

Ed Boyden na Karl Thessot, ambao walianza kazi yao katika Chuo Kikuu cha Stanford, wanachukuliwa kuwa kati ya waanzilishi wa mwelekeo huu. Wazo lao lilikuwa kuchukua hatua kwenye nyuroni kwa kutumia vyanzo vidogo vya mwanga. Kwa hili, seli, bila shaka, lazima zifanywe kuwa nyepesi.

Kwa kuwa ujanja wa kimwili wa kupandikiza protini nyeti-nyeti - opsins - kwenye seli za kibinafsi karibu hauwezekani, watafiti walipendekeza … kuambukiza neurons na virusi. Ni virusi hivi ambavyo vitaanzisha jeni ambalo huunganisha protini nyeti nyepesi kwenye jenomu la seli.

Teknolojia hii ina uwezo wa matumizi kadhaa. Mojawapo ni urejesho wa sehemu ya maono katika jicho na retina iliyoharibiwa kwa kutoa mali zisizo na mwanga kwa seli zilizobaki zisizo na mwanga (kuna majaribio yenye mafanikio kwa wanyama). Kupokea ishara za umeme zinazosababishwa na mwanga wa tukio, ubongo hivi karibuni utajifunza kufanya kazi nao na kutafsiri kama picha, ingawa ya ubora duni.

Programu nyingine ni kufanya kazi na niuroni moja kwa moja kwenye ubongo kwa kutumia miongozo midogo ya mwanga. Kwa kuamsha neurons tofauti katika ubongo wa wanyama kwa msaada wa mwanga wa mwanga, inawezekana kufuatilia ni majibu gani ya tabia ambayo neuroni hizi husababisha. Kwa kuongeza, uingiliaji wa "mwanga" katika ubongo unaweza kuwa na thamani ya matibabu katika siku zijazo.