• Sunday June 16,2019

Otak anda dalam Masa Nyata

Anonim

X-ray menunjukkan elektrod yang digunakan untuk mengenalpasti sumber epilepsi
sawan - dan belajar bahasa di dalam otak.

Imej: Ned T. Sahin, PhD

Dua dekad yang lalu, ahli bedah saraf Itzhak Fried dari UCLA merangsang otak wanita dengan elektrod yang telah ditanam sebelum pembedahan untuk merawat epilepsi. Dia menyedari bahawa pesakitnya cuba menceritakan sesuatu kepadanya, dan ketika dia membungkuk untuk mendengar, dia menggumam bahawa dia mendesak untuk menggeser tangannya. Nampaknya elektrod telah mengaktifkan bahagian korteks motor otak yang mengendalikan kehendak wanita untuk bergerak. Fried menyedari bahawa prosedur perubatan seperti ini membentangkan peluang saintifik yang jarang berlaku: Pesakit yang diperiksa untuk bedah saraf membolehkan penyelidik menyiasat otak manusia dalam tindakan, meneroka fungsi-fungsi kawasan-kawasan yang berbeza dengan tepat dan tepat pada masanya.

Hari-hari ini, pakar bedah seperti Fried semakin bermitra dengan penyelidik otak untuk memanfaatkan akses ini. Kira-kira 30 kerjasama sedemikian sedang berjalan. Walaupun kaedah pengimejan noninvasive seperti pencitraan resonans magnetik (fMRI) dan tomografi pelepasan positron (PET) boleh menjejaki aktiviti di otak, mereka memberikan resolusi terhad. Sebagai ahli ilmu saraf Caltech, Ueli Rutishauser meletakkannya: "fMRI adalah seperti melihat sebuah bandar dari ruang angkasa. Anda dapat melihat kecerahan lampu dan jumlah penduduk, tetapi bukan apa yang mereka lakukan atau siapa yang bercakap dengannya. Untuk itu, anda perlu berjalan di jalan sendiri. "

Penjelajahan mendalam tisu otak yang hidup, dalam banyak kes, masih merupakan cara terbaik untuk mengungkap fungsi kognitif sebagai bahasa, memori, penglihatan, dan pergerakan yang berbeza. Kebanyakan kajian ini menghidupkan ujian pada pesakit epilepsi. Kadangkala imbasan otak gagal mengenal pasti kawasan mana yang perlu dikeluarkan untuk menghentikan kejang epilepsi. Jika ya, pakar bedah boleh memasang elektrod untuk merakam aktiviti saraf, kemudian simpan pesakit di hospital selama beberapa hari atau minggu sehingga mogok serangan berikutnya. Dengan persetujuan pesakit berwayar ini, ahli sains neurosurgi Fried dan Harvard School Gabriel Kreiman sedang menjalankan kajian untuk mengkaji bagaimana otak mengkodekan maklumat visual.

Lebih sedekad yang lalu, Fried mendapati sel-sel otak individu seolah-olah bertindak balas apabila subjek melihat imej selebriti atau orang lain yang terkenal. Pada tahun 2008 pasukannya melaporkan bahawa neuron tunggal menjadi aktif apabila jam tangan subjek dan mengimbas kembali klip video 10 saat, menunjukkan bahawa walaupun kenangan episodik yang kompleks mungkin dikodkan dalam sel-sel tertentu.

Di makmal Fried, pakar bedah saraf Adam Mamelak dari Pusat Perubatan Cedars-Sinai sedang bekerjasama dengan Caltech's Rutishauser mengenai projek yang berkaitan. Bersama-sama mereka menguji kenangan pesakit epilepsi untuk mendedahkan mekanisme otak yang mendasari pengiktirafan imej. Peserta melihat satu penggantian imej, dengan menyatakan yang mereka fikir mereka telah melihat dan menilai bagaimana keyakinan mereka dalam jawapan mereka. Kadang-kadang otak mereka bercanggah dengan kata-kata mereka. "Sekalipun seseorang salah mengatakan bahawa mereka tidak pernah melihat imej, sel-sel untuk kebiasaannya masih betul dan kebakaran, " kata Mamelak. "Jadi mesti ada lebih banyak ingatan daripada sel-sel saraf memberi isyarat ya atau tidak. Sekarang kita boleh mula mengusik itu. "

Untuk pergi lebih jauh, pasangan itu mula menggabungkan rakaman elektroda mereka terhadap neuron individu dengan pembacaan dari EEG intrakranial, yang mengukur keseluruhan aktiviti elektrik di kawasan yang lebih besar di dalam otak. Mamelak dan Rutishauser mendapati bahawa jika tindak balas neuron terhadap imej menyegerakkan dengan jenis gelombang otak yang disebut irama theta, orang itu lebih cenderung untuk mengingati apa yang ditunjukkan. "Saya boleh meramalkan sama ada anda akan ingat, dan berapa keyakinan yang anda akan dapat dalam ingatan itu, hanya dengan melihat sama ada kebakaran neuron selaras dengan komponen theta dari EEG, " kata Rutishauser. Hasilnya menunjukkan cara-cara baru untuk merawat ketidakupayaan pembelajaran dan beberapa bentuk demensia. "Mungkin terdapat ruang pembelajaran semasa aktiviti otak, " kata Mamelak. "Perubatan atau terapi boleh mendorong irama dan mencetuskan pembelajaran yang lebih baik."

Para saintis juga menggunakan pesakit pembedahan untuk menyiasat asas bahasa saraf. Neurosurgeon Mitchel Berger di UC San Francisco mengendalikan "pemetaan otak" dalam bahasa fungsi sebelum pembedahan untuk menghilangkan tumor. Dia secara elektrik merangsang otak pesakit 'berjaga-jaga semasa mereka membuat tindak balas lisan. Keutamaan beliau ialah untuk mengenal pasti kawasan yang mesti dilindungi apabila tumor dikeluarkan, tetapi karya beliau juga mewujudkan peta aktiviti yang berkaitan dengan bahasa di dalam otak. Penemuan ini mungkin berguna dalam program kejuruteraan prostetik neural yang dilancarkan oleh Berger pada Disember lalu dengan pakar sains saraf Robert Knight dan jurutera Shankar Sastry di UC Berkeley, yang bertujuan untuk merawat masalah motor dan bahasa.

Dalam nada yang sama, ahli psikologi linguistik Steven Pinker baru-baru ini bekerjasama dengan ahli bedah saraf dan pakar neurologi di Harvard University dan UC San Diego untuk menyiasat fungsi bahasa kawasan otak kecil yang dikenali sebagai kawasan Broca. Mereka menanamkan elektrod ke dalam rantau ini dalam pesakit epilepsi dan kemudian mereka membaca kata-kata dengan kuat, sama ada verbatim atau diubah dari masa lalu hingga tegang (atau sebaliknya). Neuron hanya beberapa milimeter telah diaktifkan dalam penggantian pesat apabila peserta mengenal pasti kata-kata, menggunakan peraturan tatabahasa, dan akhirnya bercakap dengan kuat. Keputusan tersebut menjelaskan bagaimana otak mengubah niat untuk bercakap dalam tindakan bercakap. Penemuan ini juga boleh membawa kepada pemahaman yang lebih baik tentang gangguan seperti apcaasia Broca, di mana orang tahu apa yang mereka mahu katakan tetapi mempunyai masalah untuk mendapatkan kata-kata mereka keluar.


BuzzWords

FMRI Pengimejan aliran darah di dalam otak untuk mengesan kawasan mana yang terlibat dalam tugas.

Memory Episodic Jenis ingatan yang menguraikan pengalaman. Boleh jadi kaya dengan maklumat temporal, spasial, dan emosi.

Theta Rhythm Gelombang otak yang berbeza dengan kekerapan 3 hingga 8 kitaran sesaat. Yang terkenal di hippocampus.

Aphasia Broca's Kondisi ditandakan oleh luka otak dan kesukaran tatabahasa.


Artikel Yang Menarik

Adakah anda Sapioseksual?

Adakah anda Sapioseksual?

Apabila anda menghidupkan? Apabila menjawab soalan itu, kebanyakan orang berpaling kepada sifat-sifat fizikal, dan kita mungkin semua boleh meneka apa jawapannya. Tetapi bagi sesetengah orang, tarikan seksual bukan berasal dari perkumpulan daging dan tulang yang membawa kita melalui kehidupan, tetapi dari apa yang berada di dalamnya

Cassini Menemui Molekul Organik Massal di Enceladus  'Plumes

Cassini Menemui Molekul Organik Massal di Enceladus 'Plumes

Analisis data baru dari kapal angkasa Cassini NASA menandakan kehadiran molekul organik besar pada Enceladus, sesuatu yang tidak dijumpai pada bulan sebelumnya. Menggunakan dua instrumen yang berada di orbiter yang telah musnah sekarang, satu pasukan penyelidik antarabangsa memandang molekul meletus dengan aroma air yang mengalir dari bawah permukaan Enceladus

Impian 'Ant-Man' yang Digunakan oleh Askar Enam-Kaki

Impian 'Ant-Man' yang Digunakan oleh Askar Enam-Kaki

Apabila watak Paul Rudd memakai saman superhero dalam filem Marvel "Ant-Man, " dia mendapat keupayaan untuk menyusut kepada saiz serangga untuk menyusup sistem keselamatan yang paling ketat. Walaupun kedudukannya yang kecil, dia boleh menumbuk dan melemparkan musuh penuh dengan kekuatan manusia

Kalendar Mac

Kalendar Mac

CW dari kiri atas: NASA, NOAA, Thinkstock, Pameran Sains dan Kejuruteraan San Diego Bulan Sejarah Wanita Kebangsaan bulan. Hormati para wanita yang telah memberi sumbangan kepada inovasi Amerika dengan tumpuan tahun ini pada "Merayakan Perempuan dalam Sains, Teknologi, Kejuruteraan dan Matematik

Bias Kurang Upaya dalam Kajian Peer?

Bias Kurang Upaya dalam Kajian Peer?

Menulis dalam jurnal Medical Care , penyelidik Lisa I. Iezzoni mengatakan bahawa seorang peer peer pada kertas yang sebelum ini diserahkan kepada jurnal itu dipaparkan "dengan jelas menyangkal bahasa dan andaian menghina yang salah" mengenai orang kurang upaya. Kertas Iezzoni, yang akhirnya ditolak, adalah mengenai kaji selidik penerima Massachusetts Medicaid dengan sama ada penyakit mental yang serius atau kecacatan fizikal yang signifikan

Dinosaur Bebek-Dibilus Muncul Cepat dalam Perlumbaan Terhadap Pengisap Grimnya: T. Rex

Dinosaur Bebek-Dibilus Muncul Cepat dalam Perlumbaan Terhadap Pengisap Grimnya: T. Rex

Dinosaur-mereka membesar begitu cepat, terutama jika mereka cuba untuk tidak dimakan. Hypacrosaurus, dinosaur itik yang dapat mencapai lebih dari 30 kaki, adalah hidangan pilihan Tyrannosaurus Rex . Tetapi dinosaur mangsa ini mempunyai silap mata untuk mengekalkan spesies hidup-Hypacrosaurus berkembang menjadi dewasa dengan sangat cepat, menurut kajian baru dalam Prosiding Royal Society B [pdf]