Szerkesztő megjegyzés: Ebben a heti sorozatban a LiveScience azt vizsgálja, hogy a technológia miként mozgatja a tudományos kutatást és felfedezést.
Az emberi tapasztalatot az agy határozza meg, mégis sokkal erről a három fontról. a szerv rejtély marad. Ennek ellenére, az agyi képalkotástól az agy-számítógép interfészekig, a tudósok lenyűgöző lépéseket tettek a technológiák fejlesztése terén, hogy szem előtt tartsák egymást.
Az agy képe
Jelenleg az agyat kutató tudósok megnézhetik annak felépítését vagy funkcióját. A szerkezeti képalkotás során a gépek pillanatképeket készítenek az agy nagyméretű anatómiájáról, amelyet például daganatok vagy vérrögök diagnosztizálására lehet felhasználni. A funkcionális képalkotás dinamikus képet nyújt az agyról, megmutatva, mely területek aktívak a gondolkodás és az észlelés során.
A strukturális képalkotó technikák magukban foglalják a CAT-letapogatást vagy a számítógépes axiális tomográfiát, amely a szeleteket az agyon keresztül felveszi, a fejröntgen sokféle szögből történő sugárzásával. A CAT vagy CT vizsgálatokat gyakran használják például agyi sérülés diagnosztizálására. Egy másik módszer, a pozitron-emissziós tomográfia (PET) az agy mind 2D, mind 3D képeket generál: A vérbe injektált radioaktív módon jelölt vegyi anyag gamma-sugarakat bocsát ki, amelyeket a szkenner észlel. És a mágneses rezonancia képalkotás (MRI) az agy általános szerkezetét látja úgy, hogy megmérjük az atomok mágneses spinjét egy erős mágneses mezőben.
"Nem kétséges, hogy az MRI valószínűleg a legjobb módja az agy látásának" - mondta Dr. Mauricio Castillo, a Chapel Hill észak-karolinai egyetemének radiológusa és az American Journal of Neuroradiology főszerkesztője.
A funkcionális képalkotás területén a jelenlegi arany-standard a funkcionális MRI (fMRI). Ez a technika proxyként méri a különböző agyi területek véráramlásának változásait, amelyeknél a területek aktívak, amikor valaki olyan feladatot hajt végre, mint egy szó olvasása vagy egy kép megtekintése.
"Manapság a hangsúly az, hogy megpróbáljuk összevonni az agy vezetékét a kéreg aktiválásával" - mondta Castillo.
Az agy felépítésének és működésének egyesítésére számos módszer kombinálható. Például az MRI és a PET szkennelés egyidejűleg elvégezhető, és a képeket kombinálhatjuk, hogy az agy anatómiai térképére helyezett fiziológiai aktivitást megmutathassuk. A végeredmény felhasználható a sebésznek az agyi sérülés helyének megismerésére, így az eltávolítható - mondta Castillo.
A közelmúltban kifejlesztettek egy új technikát az agy belsejének szó szerinti látására. CLARITY néven (eredetileg tiszta, lipidcserélő akril-amid-hibridizált merev képalkotó / immunfestő / in situ hibridizációs kompatibilis Tissue-hYdrogel-nek) képessé teheti a (nem életképes) agyát a fényre, átlátszóvá, miközben ép szerkezetét megtartja. A technikát már alkalmazták egy felnőtt egér agyának neurológiai vezetékeinek megjelenítésére.
A gondolatok dekódolása
Egyes tudósok ábrázoltabban szeretnék látni az agyban. Adja meg az agy-számítógép interfészeket (BCI-k vagy BMI-k, agy-gép interfészek), olyan eszközöket, amelyek az agyjeleket külső eszközhöz kapcsolják, például egy számítógépet vagy a protézis végtagját. A BCI-k a nem invazív rendszerektől kezdődően, amelyek a fejbőrre elhelyezett elektródokból állnak, és az invazívabb rendszerekig terjednek, amelyek megkövetelik, hogy az elektródokat maga az agy beültesse.
A neminvazív BCI-k közé tartozik a fejbőr alapú elektroencephalography (EEG), amely sok neuron aktivitását rögzíti a nagy agyi területeken. Az EEG-alapú rendszerek előnye, hogy nem igényelnek műtétet. Másrészről, ezek a rendszerek csak az agy általános tevékenységeit tudják észlelni, tehát a felhasználónak csak egyetlen feladatra kell összpontosítania gondolatait.
Az invazívabb rendszerek közé tartozik az elektrokortikográfia (ECoG), amelyben az elektródokat implantálják az agy felületére, hogy rögzítsék a kéreg EEG jeleit. Mivel Wilder Penfield és Herbert Jasper az 1950-es évek elején úttörőként szolgálták a technikát, ezt többek között arra használják, hogy azonosítsák az agyrégiókat, ahol epilepsziás rohamok kezdődnek.
Egyes BCI-k az agykéregbe beültetett elektródokat használnak. Bár ezek a rendszerek invazívabbak, sokkal jobb felbontásúak és képesek felvenni az egyes neuronok által küldött jeleket. A BCI-k most már lehetővé teszik, hogy paraplegia (mind a négy végtag bénulása) embereken egyedül a gondolat révén ellenőrizzék a robotkarot, vagy engedjék meg a felhasználóknak, hogy a gondolataikat kifejezzék a számítógép képernyőjén.
A sok előrelépés ellenére sok minden marad ismeretlen az agyban. Ennek a résnek a kiküszöbölésére az amerikai tudósok Barack Obama elnök áprilisában bejelentett, az emberi agy feltérképezésére irányuló új projektet indítanak, amelyet BRAIN kezdeményezésnek hívnak (Brain Research via Innovative Neurotechnologies).
De az idegtudósok elvégzik munkájukat számukra. "Az agy valószínűleg a legösszetettebb gép az univerzumban" - mondta Castillo. "Még messze vagyunk annak, hogy megértsük."
