Müasir əsas elm beyni necə araşdırır?

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Bir müddət əvvəl, tarixi standartlara görə, beyin haqqında "qara qutu" kimi danışılırdı, onun daxilindəki proseslər sirr olaraq qalırdı. Son elmi nailiyyətlər artıq bunu qəti şəkildə bəyan etməyə imkan vermir. Bununla belə, beyin tədqiqatı sahəsində birmənalı cavablardan daha çox suallar var.

Kosmik ədədi parametrlərə malik olan və daimi hərəkətdə olan bu sistemdə yaddaş və təfəkkür dediyimiz mexanizmlərlə əlaqələndirilə bilən mexanizmləri tanımaq son dərəcə çətindir. Bəzən bunun üçün birbaşa beyinə nüfuz etməlisən. Ən birbaşa fiziki mənada.

Vəhşi təbiətin müdafiəçiləri nə deyirlərsə desinlər, hələ heç kim tədqiqatçılara meymun və siçovulların beyinləri üzərində təcrübə aparmağı qadağan etməyib. Ancaq insan beyninə gəldikdə - canlı beyin - təbii ki, qanun və etik səbəblərə görə onun üzərində təcrübələr praktiki olaraq mümkün deyil. Siz "boz maddə" içərisinə yalnız, necə deyərlər, dərmanla şirkət üçün daxil ola bilərsiniz.

Başımda tellər

Beyin tədqiqatçılarına təqdim edilən belə fürsətlərdən biri dərman terapiyasına cavab verməyən ağır epilepsiya hallarının cərrahi müalicəsinə ehtiyac idi. Xəstəliyin səbəbi median temporal lobun təsirlənmiş sahələridir. Məhz bu nahiyələr neyrocərrahiyyə üsulları ilə aradan qaldırılmalıdır, lakin ilk növbədə onları müəyyən etmək lazımdır ki, belə desək, “artığını kəsməsin”.

Kaliforniya Universitetindən (Los Anceles) amerikalı neyrocərrah Yitzhak Fried 1970-ci illərdə 1 mm elektrodların birbaşa beyin qabığına daxil edilməsi texnologiyasını tətbiq edənlərdən biri idi. Sinir hüceyrələrinin ölçüsü ilə müqayisədə elektrodların siklop ölçüləri var idi, lakin hətta belə bir kobud alət də bir sıra neyronlardan (mindən milyona qədər) orta elektrik siqnalını çıxarmaq üçün kifayət idi.

Prinsipcə, bu, sırf tibbi məqsədlərə nail olmaq üçün kifayət idi, lakin müəyyən mərhələdə aləti təkmilləşdirmək qərara alındı. Bundan sonra millimetr elektrodu diametri 50 mkm olan səkkiz nazik elektrodun dallanması şəklində bir uc aldı.

Bu, nisbətən kiçik neyron qruplarından gələn siqnalın fiksasiyasına qədər ölçmələrin dəqiqliyini artırmağa imkan verdi. Beynin tək bir sinir hüceyrəsindən göndərilən siqnalı “kollektiv” səs-küydən süzmək üçün üsullar da işlənib hazırlanmışdır. Bütün bunlar tibbi məqsədlər üçün deyil, sırf elmi məqsədlər üçün edilib.

Beyin plastikliyi nədir?

Beynin plastikliyi düşüncə orqanının dəyişən şərtlərə uyğunlaşmaq üçün heyrətamiz qabiliyyətidir. Bir bacarıq öyrənib beyni intensiv şəkildə məşq etdirsək, beynin bu bacarıqdan məsul olan nahiyəsində qalınlaşma əmələ gəlir. Orada yerləşən neyronlar yeni əldə edilmiş bacarıqları birləşdirərək əlavə əlaqələr yaradır. Beynin həyati vacib hissəsi zədələndikdə, beyin bəzən zədələnməmiş bölgədəki itirilmiş mərkəzləri yenidən inkişaf etdirir.

Adlandırılmış neyronlar

Tədqiqat obyektləri epilepsiyadan əməliyyat gözləyən insanlar idi: beyin qabığına yerləşdirilən elektrodlar cərrahi müdaxilə sahəsini dəqiq müəyyən etmək üçün neyronlardan gələn siqnalları oxuyarkən, yol boyu çox maraqlı təcrübələr aparıldı. Pop mədəniyyətinin ikonaları - obrazları dünya əhalisinin əksəriyyəti tərəfindən asanlıqla tanınan Hollivud ulduzları elmə real fayda gətirəndə məhz belə oldu.

Yitzhak Frida'nın həmkarı, həkim və neyrofizioloq Rodrigo Kian Quiroga, öz noutbukunda mövzulara məşhur şəxsiyyətlər və Sidney Opera Evi kimi məşhur strukturlar da daxil olmaqla, tanınmış vizualları göstərdi.

Bu şəkillər göstərildikdə, beyində ayrı-ayrı neyronların elektrik aktivliyi müşahidə edildi və müxtəlif görüntülər müxtəlif sinir hüceyrələrini "yandırdı". Məsələn, ekranda bu romantik aktrisanın portreti görünəndə “atəş açan” “Cennifer Aniston neyronu” quraşdırılmışdı. Anistona hansı fotoşəkil göstərilsə də, "onun adı" neyronu uğursuz olmadı. Üstəlik, özü də kadrda olmasa belə, aktrisanın rol aldığı məşhur serialdan kadrlar görünəndə də işləyib. Ancaq Cenniferə bənzəyən qızları görəndə neyron susdu.

Tədqiq olunan sinir hüceyrəsi, göründüyü kimi, onun görünüşünün və ya geyiminin fərdi elementləri ilə deyil, müəyyən bir aktrisanın vahid obrazı ilə dəqiq əlaqələndirildi. Və bu kəşf insan beynində uzunmüddətli yaddaşın saxlanması mexanizmlərini başa düşmək üçün açar olmasa da, bir ipucu verdi.

İrəli getməyimizə mane olan yeganə şey yuxarıda qeyd etdiyimiz etika və hüquq mülahizələri idi. Alimlər, əməliyyatdan əvvəl tədqiqata məruz qalanlar istisna olmaqla, beynin hər hansı digər nahiyəsinə elektrodlar yerləşdirə bilmədilər və tədqiqatın özündə məhdud tibbi vaxt çərçivəsi var idi.

Bu, Cennifer Enistonun, Bred Pittin və ya Eyfel qülləsinin neyronunun həqiqətən var olub-olmaması sualına cavab tapmağı çox çətinləşdirdi və ya ölçmələr nəticəsində alimlər təsadüfən bütün şəbəkədən yalnız bir hüceyrə ilə qarşılaşdılar. müəyyən bir görüntünün qorunması və ya tanınmasına cavabdeh olan sinaptik əlaqələrlə bir-biri ilə bağlıdır.

Şəkillərlə oynamaq

Nə olursa olsun, təcrübələr davam etdi və Moran Cerf onlara qoşuldu - çox yönlü bir şəxsiyyət. Doğuşdan İsrailli, o, özünü biznes məsləhətçisi, haker və eyni zamanda kompüter təhlükəsizliyi üzrə təlimatçı, həmçinin rəssam və komiks yazıçısı, yazıçı və musiqiçi kimi sınayıb.

Cennifer Aniston neyronu və sair əsasında bir növ neyromaşın interfeysi yaratmağı öhdəsinə götürən İntibah dövrünə layiq istedadlar spektrinə malik bu adam idi. Bu dəfə V. İ. adına Tibb Mərkəzinin 12 xəstəsi. Ronald Reyqan Kaliforniya Universitetində. Əməliyyatdan əvvəlki tədqiqatlar zamanı median temporal lobun bölgəsinə 64 ayrı elektrod daxil edilmişdir. Paralel olaraq təcrübələr başladı.

Yüksək sinir fəaliyyəti elmlərinin inkişafı inanılmaz perspektivlər vəd edir: insanlar özlərini daha yaxşı başa düşə və indi sağalmaz xəstəliklərin öhdəsindən gələ biləcəklər. Canlı insan beyni üzərində aparılan təcrübələrin mənəvi və hüquqi tərəfi problem olaraq qalır.

İnsanlara ilk olaraq pop mədəniyyət mövzularından ibarət 110 şəkil göstərildi. Bu ilk turun nəticəsi olaraq dörd şəkil seçildi, onların görünüşündə korteksin tədqiq olunan sahəsinin müxtəlif hissələrində neyronların həyəcanlanması bütün onlarla subyektdə aydın şəkildə qeyd edildi. Sonra ekranda eyni vaxtda bir-birinin üstünə qoyulan iki şəkil nümayiş etdirildi və hər biri 50% şəffaflığa malik idi, yəni şəkillər bir-birinin içindən parlayırdı.

Subyektdən iki təsvirdən birinin parlaqlığını zehni olaraq artırmaq istənilib ki, o, öz "rəqibini" ört-basdır etsin. Bu halda, xəstənin diqqətinin cəmləndiyi təsvirə cavabdeh olan neyron, ikinci görüntü ilə əlaqəli neyrondan daha güclü elektrik siqnalı istehsal etdi. Pulslar elektrodlarla sabitləndi, dekoderə daxil oldu və görüntünün parlaqlığını (və ya şəffaflığını) idarə edən bir siqnala çevrildi.

Beləliklə, bir şəkil digərini "çəkməyə" başlamaq üçün düşüncə işi kifayət idi. Subyektlərdən intensivləşdirməmələri, əksinə, iki təsvirdən birini daha solğun etmək istənildikdə, beyin-kompüter əlaqəsi yenidən işə düşdü.

Yüngül baş

Bu maraqlı oyun canlı insanlar, xüsusən də ciddi sağlamlıq problemləri olan insanlar üzərində təcrübələr aparmağa dəyərdimi? Layihə müəlliflərinin fikrincə, buna dəyərdi, çünki tədqiqatçılar nəinki fundamental xarakterli elmi maraqlarını təmin etdilər, həm də kifayət qədər tətbiq olunan problemlərin həllinə yanaşmalar axtardılar.

Əgər beyində Cennifer Enistonu görəndə həyəcanlanan neyronlar (yaxud neyron dəstələri) varsa, o zaman həyat üçün daha vacib olan anlayış və təsvirlərə cavabdeh olan beyin hüceyrələri olmalıdır. Xəstənin danışa bilmədiyi və ya jestlərlə problemlərini və ehtiyaclarını bildirə bilmədiyi hallarda beyinlə birbaşa əlaqə həkimlərə xəstənin ehtiyaclarını neyronlardan öyrənməyə kömək edəcək. Üstəlik, nə qədər çox dərnək qurulsa, insan özü haqqında bir o qədər çox ünsiyyət qura biləcək.

Bununla belə, beyinə yerləşdirilmiş elektrod, diametri 50 mikron olsa belə, müəyyən bir neyronu dəqiq hədəfə almaq üçün çox kobud alətdir. Qarşılıqlı təsirin daha incə üsulu, genetik səviyyədə sinir hüceyrələrinin çevrilməsini nəzərdə tutan optogenetikadır.

Stenford Universitetində fəaliyyətə başlayan Ed Boyden və Karl Thessot bu istiqamətin qabaqcıllarından sayılırlar. Onların ideyası miniatür işıq mənbələrindən istifadə edərək neyronlar üzərində hərəkət etmək idi. Bunun üçün hüceyrələr təbii ki, işığa həssas hala gətirilməlidir.

İşığa həssas zülalların - opsinlərin fərdi hüceyrələrə köçürülməsi ilə bağlı fiziki manipulyasiyalar demək olar ki, mümkün olmadığı üçün tədqiqatçılar … neyronları virusla yoluxdurmağı təklif etdilər. Məhz bu virus hüceyrələrin genomuna işığa həssas zülal sintez edən geni təqdim edəcək.

Bu texnologiyanın bir neçə potensial istifadəsi var. Onlardan biri torlu qişası zədələnmiş gözün işığa həssas xüsusiyyətlərini, işığa həssas olmayan qalan hüceyrələrə verməklə qismən görmə qabiliyyətini bərpa etməkdir (heyvanlar üzərində uğurlu təcrübələr var). Baş verən işığın yaratdığı elektrik siqnallarını qəbul edən beyin tezliklə onlarla işləməyi öyrənəcək və keyfiyyətsiz olsa da, onları görüntü kimi şərh edəcək.

Başqa bir tətbiq miniatür işıq bələdçilərindən istifadə edərək birbaşa beyindəki neyronlarla işləyir. Bir işıq şüasının köməyi ilə heyvanların beynindəki müxtəlif neyronları aktivləşdirərək, bu neyronların hansı davranış reaksiyalarına səbəb olduğunu izləmək mümkündür. Bundan əlavə, beyinə "yüngül" müdaxilənin gələcəkdə müalicəvi əhəmiyyəti ola bilər.