211service.com
Smegenų tyrimų papildymas
Per pastarąjį dešimtmetį mūsų supratimas apie smegenis pasikeitė. Funkcinio magnetinio rezonanso tomografija (fMRI) suteikia mokslininkams vaizdą apie giliausias mūsų mintis ir paslėptą nerimą. Mažos elektrodų matricos, registruojančios neuroninius signalus iš skirtingų smegenų dalių, atskleidžia užuominų apie tai, kaip mūsų neuronai koduoja ir siunčia informaciją. Tačiau kokius atradimus neuromokslui atneš naujos kartos technologijos? MIT mokslininkai tikisi paskubėti atsakyti į šį klausimą su McGovern Institute Neurotechnology Program, nauja programa, skirta naujų neurotechnologijų kūrimui. Charlesas Jenningsas, naujai pasamdytas programos direktorius, kalbasi su Technologijų apžvalga apie jo ateities viziją.
Charlesas Jenningsas, naujai pasamdytas McGovern instituto neurotechnologijų programos direktorius, tikisi paskatinti naujos kartos smegenų technologijų plėtrą.
Technologijų apžvalga : Kodėl pradėti specialią programą neurotechnologijoms kurti?
Charlesas Jenningsas : Neuromokslą visada skatino ir ribojo turimos technologijos. Smegenys yra labai sudėtingos – jums reikia būdų, kaip jas įrašyti ir stimuliuoti. Galia, su kuria galite atlikti šiuos dalykus, lemia tyrimų ir galimų klinikinių pritaikymų tempą.
VAIKAI : Kokie yra esamų technologijų, skirtų neurologijos studijoms, apribojimai?
CJ : Daugeliu atvejų įrašymas iš smegenų apima žvilgsnį per kaukolę iš esmės ribotais būdais. FMRT, kuri buvo didelė pažanga ir vienas iš galingiausių šių metodų, matuoja kraujotaką. Taigi niekada negalite gauti geresnės skiriamosios gebos nei kraujo tėkmės greitis. Niekada negalite nusileisti iki vienos ląstelės lygio.
Kitame spektro gale galime įsmeigti elektrodą į smegenis, dažniausiai gyvūnų, o tai buvo nepaprastai svarbi technika. Tačiau dažniausiai mes galime įrašyti tik iš vieno ar kelių iš milijardų smegenų neuronų. Signalų tarp neuronų laikui užkoduota daug informacijos, kurios negalite matyti, nebent įrašinėjate iš daugelio neuronų vienu metu.
Mus taip pat riboja trukmė, kurią galime įrašyti. Jei norite ištirti procesą ar elgesį, kuriam įgyti reikia kelių savaičių, turite turėti galimybę žiūrėti į smegenis ilgą laiką. Šis gebėjimas atvertų daug tyrimų klausimų: įpročių formavimosi procesai, ilgalaikė degeneracija, pvz., Alzheimerio liga, arba psichikos ligos, kurios dažnai vystosi bėgant metams.
Ilgalaikis įrašymas taip pat yra kliniškai svarbus Parkinsono ligos ir depresijos smegenų stimuliavimo gydymui. [Šios procedūros metu elektrodas chirurginiu būdu implantuojamas į smegenų dalį, susijusią su liga. Elektros impulsų tiekimas per implantą blokuoja elektrinius signalus, sukeliančius drebulį ir kitus Parkinsono ligos simptomus, o pastaruoju metu tai pasirodė esanti daug žadanti gydant sunkią depresiją.] Ir tai svarbu paralyžiaus aukoms skirtuose protezuose, kuriuose prietaisas registruoja iš smegenų dalies, dalyvaujančios planuojant, o vėliau tą veiklą paverčia kompiuterio žymeklio ar dirbtinės galūnės judesiu. Iššūkis yra sukurti tai, ką galėtumėte implantuoti į smegenis ir kuris veiktų nuosekliai ilgą laiką.
VAIKAI : Kokias įdomias naujas technologijas matote neurologijos horizonte?
CJ : Manau, kad pamatysime didelį žmogaus genetikos poveikį. Pavyzdžiui, mūsų kaimynai Broad [Institute] sukūrė įrankius, skirtus pažvelgti į individualius mūsų genetinės informacijos skirtumus, ir ieško genų, susijusių su šizofrenija ir bipoliniu sutrikimu. (Žr. A New Map for Health.) Iki šiol buvo nustatyta nedaug genų, todėl tikrai reikia skubiai atskleisti šių ligų genetinį pagrindą.
Viena iš tendencijų, kurias matėme per pastaruosius metus ar dvejus, yra susidomėjimas genetikos ir smegenų vaizdavimo deriniu. Jei nustatote geną, susijusį su psichikos liga, norite paklausti, kaip tas genas veikia elgesį ir kaip jis veikia smegenų funkciją. Smegenys yra juoda dėžė, kol į jas nepažiūri. Didžiausias iššūkis bus susieti visas genų ir elgesio sąsajas. Kaip aplinkos įtaka sąveikauja su genetika ir formuoja smegenis ir daro įtaką elgesiui?
VAIKAI : Kokias technologijas norite sukurti?
CJ : Kol kas bendradarbiaujame su MIT mechanikos inžinerijos profesoriumi Ianu Hunteriu, kuris kuria nanolaidinius elektrodus, kurie yra daug smulkesni už dabartinius. (Žr. Maži elektrodai smegenims.) Galite juos paduoti į daugiau smegenų dalių ir tuo pačiu mažiau pažeisti audinį.
Kitas projektas – sukurti naujus fMRT metodus. Norime sukurti reporterių molekules, kurios būtų jautrios įvairioms [cheminėms medžiagoms] smegenyse, pavyzdžiui, kalciui, svarbiai signalų molekulei. Žymeklis, kuris keičiasi atsižvelgiant į kalcio koncentraciją, gali vaizduoti nervų veiklą daug didesne skiriamąja geba nei dabartiniai metodai.
Ilgalaikėje perspektyvoje norime galvoti apie didelius – didelės rizikos ir didelio pelningumo projektus. Jei pažvelgsite į fMRT, tai radikaliai naujas būdas pažvelgti į smegenis. Kas jį pakeis po 20 metų? Mokslinės fantastikos vaizdas būtų miniatiūriniai įtaisai, kurie įsitaisytų kapiliaruose ir registruotų iš netoliese esančių neuronų ir perduotų tuos duomenis per kaukolę. Pagalvokite, ką galėtumėte padaryti, jei turėtumėte daug šių dalykų, kurie galėtų veikti patys ir spiečiaus aplink smegenis. Nežinome, ar tai galima padaryti, bet man buvo pasakyta, kad nėra jokios teorinės priežasties, kodėl tai negalėtų padaryti.