Toimetaja märkus: Selles iganädalases sarjas uurib LiveScience, kuidas tehnoloogia juhib teadusuuringuid ja avastusi.
Inimese kogemusi määratleb aju, kuid selle 3 naela kohta on palju. orel jääb saladuseks. Isegi nii, alates aju pildistamisest kuni aju ja arvuti liidesteni, on teadlased teinud tehnoloogia arendamisel muljetavaldavaid samme, et mõttemaailmas üksteist võrrelda.
Aju kujutamine
Praegu saavad aju uurivad teadlased uurida selle struktuuri või funktsiooni. Struktuuripildistamisel teevad masinad hetkvõtteid aju suuremahulisest anatoomiast, mida saab kasutada näiteks kasvajate või verehüüvete diagnoosimiseks. Funktsionaalne pildistamine pakub aju dünaamilist vaadet, näidates, millised alad on mõtlemise ja tajumise ajal aktiivsed.
Struktuuripildistamise tehnikad hõlmavad CAT-skaneerimist või arvutipõhist aksiaalset tomograafiat, mille abil tehakse aju kaudu viilude kujutisi, röntgenkiirte kiirustades paljudest erinevatest nurkadest. CAT või CT uuringuid kasutatakse sageli näiteks ajukahjustuse diagnoosimiseks. Teine meetod, positronemissioontomograafia (PET), genereerib ajust nii 2D- kui ka 3D-kujutisi: Verre süstitud radioaktiivselt märgistatud kemikaal eraldab gammakiiri, mida skanner tuvastab. Ja magnetresonantstomograafia (MRI) annab ülevaate aju üldisest struktuurist, mõõtes aatomite magnetilist keerutust tugeva magnetvälja sees.
"Pole kahtlust, et MRT on tõenäoliselt parim viis aju nägemiseks," ütles dr Mauricio Castillo, Chapel Hilli Põhja-Carolina ülikooli radioloog ja ajakirja American Journal of Neuroradiology peatoimetaja.
Funktsionaalse kuvamise valdkonnas on praeguseks kullastandardiks funktsionaalne MRI (fMRI). Selle tehnika abil mõõdetakse puhverserverina aju erinevate piirkondade verevoolu muutusi, mille korral alad on aktiivsed, kui keegi täidab sellist ülesannet nagu sõna lugemine või pildi vaatamine.
"Tänapäeval on põhirõhk proovida ühendada aju juhtmestik ajukoore aktiveerimisega," ütles Castillo.
Aju struktuuri ja funktsiooni ühendamiseks saab kombineerida mitmeid meetodeid. Näiteks saab MRI ja PET skaneerimist teha üheaegselt ning pilte saab kombineerida, et näidata füsioloogilist aktiivsust, mis asetseb aju anatoomilisel kaardil. Lõpptulemuse abil saab kirurg öelda ajukahjustuse asukoha, et seda saaks eemaldada, ütles Castillo.
Hiljuti on välja töötatud uus tehnika, mille abil aju sees sõna otseses mõttes näha. Hüüdnimega CLARITY (algselt selge lipiidide vahetamisega akrüülamiidiga hübridiseeritud jäiga kujutise / immuunvärvimise / in situ hübridiseerimisega ühilduva koe-hüdrogeeli jaoks) võib see muuta (mitteelustava) aju valguse jaoks läbipaistvaks, hoides selle struktuuri puutumata. Seda tehnikat on juba kasutatud täiskasvanud hiire aju neuroloogiliste juhtmestike visualiseerimiseks.
Mõtte dekodeerimine
Mõned teadlased tahavad ajusiseselt piltlikumalt näha. Sisestage aju-arvuti liidesed (BCI või KMI, aju ja masina liidesed), seadmed, mis ühendavad ajusignaale välise seadmega, näiteks arvuti või proteesiga jäsemed. BCI-d ulatuvad mitteinvasiivsetest süsteemidest, mis koosnevad peanahale paigutatud elektroodidest, invasiivsemateni, mille korral elektroodid tuleb ajusse siirdada.
Mitteinvasiivsed BCI-d hõlmavad peanahapõhist elektroentsefalograafiat (EEG), mis registreerib paljude neuronite aktiivsuse suurtes ajupiirkondades. EEG-põhiste süsteemide eeliseks on see, et need ei vaja operatsiooni. Teisest küljest suudavad need süsteemid tuvastada ainult üldise ajutegevuse, seega peab kasutaja keskenduma oma mõtetele vaid ühele ülesandele.
Invasiivsemate süsteemide hulka kuulub elektrokortikograafia (ECoG), mille käigus elektroodid implanteeritakse aju pinnale, et registreerida ajukoorest pärinevaid EEG signaale. Kuna Wilder Penfield ja Herbert Jasper olid selle tehnika teerajajad 1950. aastate alguses, on seda muu hulgas kasutatud ajupiirkondade tuvastamiseks, kus algavad epilepsiahoogud.
Mõned BCI-d kasutavad ajukoore sisse implanteeritud elektroode. Kuigi need süsteemid on invasiivsemad, on nende eraldusvõime palju parem ja nad suudavad kiirendada üksikute neuronite poolt saadetud signaale. BCI-d võivad nüüd isegi võimaldada paraplegiaga (kõigi nelja jäseme halvatusega) inimestel juhtida robotkätt ainuüksi mõtte kaudu või lubada kasutajatel arvutimenüüsse sõnu kirjutada, kasutades just nende meelt.
Vaatamata paljudele edusammudele on aju osas veel palju teadmata. Selle lünga ületamiseks on Ameerika teadlased alustamas uut inimaju kaardistamise projekti, mille president Barack Obama kuulutas välja aprillis ja mida nimetatakse algatuseks BRAIN (aju-uuringud uuenduslike neurotehnoloogiate edendamise kaudu).
Kuid neuroteadlastel on nende töö välja lõigatud. "Aju on ilmselt universumi kõige keerulisem masin," sõnas Castillo. "Oleme selle mõistmisest veel kaugel."
