Научници откривају како да "хакују мозак" без хируршке интервенције

Пуно легитимне науке - плус много научне фантастике - расправља о начинима да се "хакује мозак". Што то заправо значи, већину времена - чак иу фиктивним примјерима - укључује операцију, отварање лубање да би се имплантирали жице или направе физички у мозак.

Али то је тешко, опасно и потенцијално смртоносно. Било би паметније радити са мозгом без потребе за отварањем лобања пацијената. Неуролошки поремећаји су чести, погађају више од милијарду људи широм света, свих узраста, полова, и нивоа образовања и прихода. Истраживање мог неуралног инжењерског тима, као део ширег напора у биоинжињерској дисциплини, ради на разумевању и олакшавању различитих неуролошких дисфункција, као што су мултипла склероза, поремећај аутистичног спектра и Алцхајмерова болест.

Можда ће вам се свидети и: Видео Сховс Браин Неедле који се тестира на људима

Идентификовање и утицање на активност мозга изван лобање би на крају могло да дозволи лекарима да дијагностикују и лече широк спектар обољења нервног система и менталних поремећаја без инвазивне хирургије.

Види такође: Повлачење губитка меморије може бити могуће уз употребу "терапеутских молекула"

Бежичне везе унутар мозга

Моја група вјерује да смо први открили нови начин на који нервне ћелије комуницирају једна с другом. Нерви су добро познати да се повезују преко физичких веза - или онога што би се могло назвати "жичаним" везама - у којима аксони једне нервне ћелије шаљу електричне и хемијске сигнале дендритима суседне ћелије.

Наше истраживање је открило да нервне ћелије комуницирају и бежично, користећи жичану активност за стварање властитих малих електричних поља, и детектовање поља које суседне ћелије стварају. Ово ствара могућност за много више неуралних путева и може помоћи да се објасни зашто се различити делови мозга тако брзо повезују током извршавања сложених задатака.

Ми смо били у могућности да надгледамо ова електрична поља изван лобање, ефективно слушајуци нервне комуникације. Надамо се да ће нам помоћи да пронађемо алтернативне, здраве везе за живце оштећене мултипле склерозом, или ребалансом нервне активности због поремећаја из аутистичног спектра, или да се неурони упале заједно у специфичне обрасце и врате дугорочна сјећања изгубљена као резултат Алзхеимерове болести.

Конкретно, открили смо да је изолована, или миелинирана, нервна влакна у мозгу активна и слање сигнала дуж његове дужине познате као акциони потенцијали, посебни региони дуж његове дужине стварају веома мало електрично поље. Ћелијски региони где се ово дешава, названи чворови Ранвиера, делују као мале антене које могу да преносе и примају електричне сигнале.

Било који поремећај две високо специјализоване структуре - мијелинска овојница или чвор Ранвиера - не само да резултира неуролошком дисфункцијом, већ се и околно електрично поље мења.

Слушам живце

Технолошки изазов подразумијева прецизно циљање одређених дијелова мозга како би се слушало. Уређај мора примати сигнале од подручја отприлике пречника људске косе, неколико центиметара дубоко у мозгу.

Један од начина је постављање малог броја флексибилних антена на лобању да би се створило оно што ми зовемо "мождано сочиво". Упоређивањем очитања из неколико закрпа можемо електронски циљати управо на живце да слушамо. Ми дизајнирамо и експериментишемо са метаматеријалима - материјалима конструисаним на молекуларном нивоу - који су посебно добри у служби као антене високе прецизности које се могу подесити да примају сигнале са веома специфичних локација.

Нема бола, него потенцијално велике добити

Слушајући бежичне комуникације између живаца, можемо идентификовати подручја мозга гдје електрична поља указују на проблеме. Детаљне карактеристике активности нерва - или недостатак активности - могу понудити трагове о томе који се специфични проблем појављује у мозгу. Ови налази могу помоћи у дијагностицирању потенцијалних медицинских стања много лакше од тренутних метода.

Погледајте, на пример, на конкретан случај једног пацијента, 38-годишњу жену, назват ћемо "Бианца", којој је дијагностицирана мултипла склероза, дегенеративна болест мозга и кичмене мождине која нема познати лијек.. Имунски систем пацијената са мултиплом склерозом оштећује мијелинску овојницу између чворова Ранвиера, узрокујући проблеме у комуникацији између мозга и остатка тела. Ова оштећења радикално мења активност у погођеним живцима.

Да би пратила напредовање своје болести, Бианца је имала спиналне славине да види да ли њена спинална течност има високе нивое одређених антитела повезаних са МС. Такође је имала и МРИ скенирања како би открила подручја њеног мозга гдје је мијелин оштећен, те ће се суочити с додатним тестирањем како би утврдио колико брзо информација тече кроз њен нервни систем.

Коришћењем уређаја за леће мозга лекари би могли да прате Бианцин мозак без болних спиналних славина и неудобних и дуготрајних МРИ и ЦТ скенова. Можда ће једног дана дозволити Бианци да надгледа свој мозак и пошаље податке свом стручњаку ради процене.

Терапијски третман без дроге и хирургије

Поред тога, надамо се да ће наш приступ довести до нових терапија које су такође лакше за пацијенте. У овом тренутку, Бианца узима неколико лекова који носе значајне здравствене ризике и често је чине да се осећа мучном и уморном. Она је једна од многих који желе да испробају другу терапијску опцију.

Овај рад планира да иде даље од идентификације региона њеног мозга где електрична поља указују на нездраве услове. Инспирисани управљањем компјутерском мрежом и напредним дигиталним мрежама, који усмеравају сигнале око подручја која су оштећена или прекинута, развијамо методу којом наш систем закрпавања може слати поруке иу мозак.

Види такође: Интерфејс мозга и рачунара може превести једноставне мисли у говор

Свако оштећено нервно влакно је обично једна од хиљада пакованих заједно у тракту нервних влакана где су суседна нервна влакна типично здрава. Наш уређај може да помогне да се идентификују места са оштећењем мијелина и да прате та нервна влакна назад до места оштећења, да покупе њихове ненарушене сигнале. Онда би користили мождано сочиво за пренос комплементарних електричних поља у мозак, слање тих здравих сигнала у подручја око оштећења мијелина, како би се охрабрила сусједна нервна влакна да носе поруке које оштећено влакно не може.

До сада смо успели да симулирамо овај приступ у супер-рачунарском окружењу где су параметри нервног мозга обезбеђени од стране клиничких истраживачких лабораторија. У наредним мјесецима градићемо и тестирати прототип мозга. Слушање мозга и комуникација са њим нуди фасцинантан нови сет могућности за медицинску дијагнозу и лечење без операције.

Овај чланак је првобитно објављен на разговору Салватора Доменица Моргера. Прочитајте оригинални чланак овде.