Oamenii de stiinta descopera cum sa "Hack creierul", fara a se inscrie la Chirurgie

O mulțime de științe legitime - plus o mulțime de science fiction - discută modalități de a "hacki creierul". Ceea ce înseamnă cu adevărat, de cele mai multe ori - chiar și în exemplele ficționale - implică intervenția chirurgicală, deschizând craniul pentru a importa fire sau dispozitive fizic în creier.

Dar este dificil, periculos și potențial mortal. Ar fi mai inteligent să lucrezi cu creierul fără a fi nevoie să deschizi cranii pacienților. Tulburările neurologice sunt frecvente, afectând mai mult de un miliard de oameni din întreaga lume, de toate vârstele, sexele, nivelurile educaționale și de venit. Cercetarea echipei mele de inginerie neuronală, ca parte a unui efort mai larg în cadrul disciplinei bioinginerie, lucrează la înțelegerea și relaxarea diferitelor disfuncții neurologice, cum ar fi scleroza multiplă, tulburarea spectrului de autism și boala Alzheimer.

S-ar putea să vă placă, de asemenea: Video Shows Brain Ace care este testat pe oameni

Identificarea și influențarea activității cerebrale din afara craniului ar putea permite în cele din urmă medicilor să diagnosticheze și să trateze o gamă largă de boli debilitante ale sistemului nervos și tulburări psihice fără intervenții chirurgicale invazive.

A se vedea, de asemenea: Inversarea pierderii de memorie ar putea fi posibilă cu utilizarea "moleculelor terapeutice"

Conexiuni wireless în interiorul creierului

Grupul meu crede că suntem primii care au descoperit un nou mod de comunicare a celulelor nervoase între ele. Nervii sunt cunoscuți pentru a se conecta prin legături fizice - sau ceea ce se poate numi conexiuni "prin cablu" - în care axoanele unei celule nervoase transmit semnale electrice și chimice către dendritele unei celule învecinate.

Cercetările noastre au constatat că celulele nervoase comunică, de asemenea, fără fir, prin utilizarea activității prin cablu pentru a crea propriile câmpuri electrice minuscule și pentru a detecta câmpurile învecinate ale celulelor. Aceasta creează posibilitatea multor căi neurale și poate explica de ce diferite părți ale creierului se conectează atât de repede în timpul executării unor sarcini complicate.

Am reușit să monitorizăm aceste câmpuri electrice din afara craniului, ascultând în mod efectiv pe comunicațiile nervoase. Sperăm că ne va ajuta să găsim conexiuni alternative, sănătoase pentru nervii afectați de scleroza multiplă sau să ne reechilibrăm activitatea nervoasă din cauza tulburărilor din spectrul autismului sau neuronii primi să ardă împreună în modele specifice și să restaureze amintirile pe termen lung pierdute ca urmare a bolii Alzheimer.

Mai precis, am descoperit când o fibră nervoasă izolată sau mielinizată din creier este activă și transmite semnale de-a lungul lungimii sale cunoscute ca potențiale de acțiune, regiunile speciale de-a lungul lungimii sale generează un câmp electric foarte mic. Regiunile celulare unde se întâmplă acest lucru, numite noduri de la Ranvier, se comportă ca mici antene care pot transmite și recepționa semnale electrice.

Orice întrerupere a celor două structuri foarte specializate - teaca mielină sau nodul lui Ranvier - nu numai că are ca rezultat disfuncții neurologice, dar se schimbă și câmpul electric înconjurător.

Ascultă Nervii

Provocarea tehnologică implică tocmai orientarea anumitor părți ale creierului pentru a le asculta. Dispozitivul trebuie să recepționeze semnale din zone aproximativ diametrul unui păr uman, adânc în centimetri adânc în creier.

O modalitate este de a plasa pe craniu un număr mic de antene flexibile pentru a crea ceea ce numim o "lentilă a creierului". Comparând citirile din mai multe patch-uri, ne permite să vizăm electronic nervii exact pentru a le asculta. Proiectăm și experimentăm metamaterialele - materiale proiectate la nivel molecular - care sunt deosebit de bune pentru a servi ca antene de înaltă precizie care pot fi reglate pentru a primi semnale de la locații foarte specifice.

Nu durere, dar potențial mare câștig

Prin ascultarea comunicărilor wireless între nervi, putem identifica zonele creierului în care câmpurile electrice indică existența unor probleme. Caracteristicile detaliate ale activității nervului - sau lipsa activității - pot oferi indicii despre ce problemă specifică apare în creier. Aceste constatări ar putea ajuta la diagnosticarea potențialelor afecțiuni medicale mult mai ușor decât metodele actuale.

De exemplu, în cazul unui pacient, o femeie de 38 de ani, o vom numi "Bianca", care a fost diagnosticată cu scleroză multiplă, o boală degenerativă a creierului și a măduvei spinării, care nu are nici un tratament cunoscut. Scleroza multiplă a sistemului imunitar al pacienților afectează teaca de mielină dintre nodurile Ranvier, provocând probleme de comunicare între creier și restul corpului. Acest prejudiciu modifică radical activitatea din nervii afectați.

Pentru a monitoriza progresul bolii ei, Bianca a avut valve rotative pentru a vedea dacă lichidul spinal are nivele ridicate de anticorpi specifici asociați cu MS. Ea a avut, de asemenea, scanari RMN pentru a dezvalui zonele creierului ei in cazul in care mielina este deteriorata, si se vor confrunta cu teste suplimentare pentru a determina cat de rapid de informatii curge prin sistemul nervos.

Utilizarea unui dispozitiv cu lentile creierului ar permite medicilor să monitorizeze creierul lui Bianca fără rotiri spinale dureroase și RMN-uri incomode și consumatoare de timp și scanări CT. Este posibil ca într-o zi să-i permită lui Bianca să-și monitorizeze propria creier și să trimită datele către specialistul ei pentru evaluare.

Tratamentul terapeutic fără medicamente și chirurgie

În plus, sperăm că abordarea noastră poate duce la noi terapii care sunt, de asemenea, mai ușor pentru pacienți. În prezent, Bianca ia mai multe medicamente care prezintă riscuri semnificative pentru sănătate și de multe ori o face să se simtă greață și obosită. Ea este una dintre multele persoane care doresc să încerce o altă opțiune terapeutică.

Această lucrare intenționează să depășească identificarea regiunilor creierului în care câmpurile electrice indică condiții nesănătoase. Inspirat de managementul retelelor de calculatoare si de retelele digitale avansate, care traseaza semnale in jurul unor zone deteriorate sau intrerupte, dezvoltam o metoda prin care sistemul nostru de patch-uri scalpului ar putea trimite si mesaje in creier.

Vezi de asemenea: O interfață Brain-Computer poate traduce gânduri simple în vorbire

Fiecare fibră nervoasă deteriorată este, în general, una dintre cele mii ambalate împreună într-un tract al fibrelor nervoase, unde fibrele nervoase vecine sunt de obicei sănătoase. Dispozitivul nostru ar putea ajuta la identificarea site-urilor cu leziuni ale mielinei și la urmărirea acestor fibre nervoase înaintea punctului de deteriorare, pentru a-și ridica semnalele neperturbate. Apoi am folosi lentilele creierului pentru a transmite câmpuri electrice complementare în creier, trimițând acele semnale sănătoase în zonele din jurul leziunii mielinei, pentru a încuraja fibrele nervoase vecine să transmită mesajele pe care fibra deteriorată nu le poate face.

Până acum, am reușit să simulăm această abordare într-un mediu de supercomputere în care parametrii nervului cerebral au fost furnizați de laboratoarele de cercetare clinică. În lunile următoare, vom construi și testa un prototip de lentilă a creierului. Ascultarea la creier și comunicarea cu acesta oferă un set fascinant de noi posibilități pentru diagnosticarea și tratamentul medical fără intervenție chirurgicală.

Acest articol a fost inițial publicat în The Conversation de Salvatore Domenic Morgera. Citiți articolul original aici.