Jeśli ktoś ma uszkodzoną nerkę, dawca może dać mu zapasowy narząd, aby obie osoby mogły żyć. Co jeśli mógłbyś zrobić coś podobnego dla przyjaciela z wadliwym mózgiem?
powiązana zawartość
- Jak przezroczysta ryba może pomóc w odkodowaniu mózgu
- Czy ten nakrycie głowy może pomóc w leczeniu choroby Parkinsona?
W ostatnich eksperymentach laboratoryjnych Miguel Nicolelis i jego koledzy połączyli mózgi wielu małp i szczurów, aby funkcjonować jako „mózgi” - współdzielone sieci zdolne do wspólnej manipulacji wirtualnym ramieniem oraz dokonywania obliczeń i decyzji. Nicolelis ma nadzieję, że połączenie ludzkich mózgów w ten sposób może uwolnić nowy, potężny zestaw narzędzi neurologicznych, które mogą pomóc w leczeniu osób z dolegliwościami od choroby Parkinsona do paraliżu.
„Próbujemy zupełnie nowej dziedziny rehabilitacji mózgu”, wyjaśnia Nicolelis, dyrektor Centrum Neuroinżynierii Uniwersytetu Duke'a. „Postaramy się działać na obwody mózgu i faktycznie poprawić funkcjonalną aktywność mózgu”.
„Często zapominamy, że mózg jest jednym z najbardziej wydajnych obliczeniowo urządzeń, jakie kiedykolwiek opracowano”, dodaje Andrea Stocco z University of Washington, która nie była zaangażowana w badania. „Jeśli chodzi o rzeczy, które opracowano, takie jak zrozumienie sceny, którą widzimy po raz pierwszy lub kontrolowanie złożonych ruchów naszych kończyn, jest to po prostu nie do pobicia. Teraz Nicolelis pokazuje, że możemy połączyć moc obliczeniową, którą mózg może rozwiązać prawdopodobnie źle zdefiniowane problemy, które są naprawdę trudne dla naszego oprogramowania, ale łatwe do rozwiązania dla naszego sprzętu biologicznego, naszych neuronów. ”
Interfejsy mózg-maszyna istnieją już od około dwóch dekad, a technologia znajduje zastosowanie w różnych metodach leczenia. Na przykład niektóre urządzenia wykorzystują moc elektryczną mózgu, tłumaczoną przez komputer, aby umożliwić ludziom kontrolę protetyki lub manipulowanie wózkiem inwalidzkim. Ale poprzednie prace obejmowały tylko jednego operatora. Nicolelis miała nadzieję dowiedzieć się, czy więcej niż jeden podmiot mógłby współpracować jako wspólny interfejs mózg-maszyna w celu zwiększenia aktywności neuronalnej.
Jego zespół wyposażył trzy małpy w wszczepione elektrody, które monitorowały i rejestrowały aktywność neuronową, którą następnie można połączyć za pomocą komputera. Małpy stacjonowały w osobnych pokojach, każdy z cyfrowym wyświetlaczem, na którym małpa mogła używać interfejsu mózg-maszyna do manipulowania wirtualnym ramieniem w kierunku nagrody. W niektórych testach małpy dzielą kontrolę nad ramieniem, podczas gdy w innych kontrolują ruch w określonym kierunku. Żadne ze zwierząt nie wiedziało, że współpracują przy poruszaniu ramieniem. O dziwo, nie tylko wykonali to zadanie, ale poprawili się dzięki praktyce.
„Najwyraźniej okazuje się, że tylko dzięki wizualnemu sprzężeniu zwrotnemu i otrzymaniu nagrody za wykonanie akcji zwierzęta te mogą faktycznie zsynchronizować mózgi i nauczyć się spełniać wymagania określonego zadania”, mówi Nicolelis, której zespół opisał wyniki z zeszłego tygodnia w raportach naukowych .
„Małpy, pracując razem, wolniej wykonywały zadanie niż to, co każdy z nich mógł zrobić, manipulując joystickiem - ale uczyły się dokładnie tak szybko”, mówi Stocco. „To niesamowite i wydaje się oznaczać, że dla mózgu problem ten staje się tak łatwy do interpretacji, jak każdy problem koordynacji ruchowej czuciowej. Od tego wspaniałego początku możesz zobaczyć, w jaki sposób możesz tworzyć bardziej złożone zadania, które małpy będą w stanie lepiej współpracować, niż którekolwiek z nich byłoby w stanie wykonać samodzielnie ”.
W oddzielnym eksperymencie opisanym również w raportach naukowych cztery szczury zostały fizycznie połączone mikropirem, aby zbadać, w jaki sposób ich mózgi współpracowały jako jednostka sieciowa w celu rozwiązania szeregu problemów. Szczurom podawano impulsy elektryczne informacji i nagradzano je, gdy synchronizowały mózgi. Otrzymali również dane, takie jak temperatura i ciśnienie barometryczne. Szczury zapisywały, odzyskiwały i dzieliły się tymi informacjami - umożliwiając ich mózgowi lepsze wyniki w analizach takich jak prognozowanie pogody niż pojedynczy, bezprzewodowy szczur.
„To, co zrobili, naprawdę przesunęło kopertę, a ja uznałem to za fascynujące” - mówi Stocco, który dwa lata temu przeszedł do historii wraz ze swoim kolegą, Rajeshem Rao, z pierwszym zdalnym interfejsem człowiek-człowiek. Rao wysłał sygnał mózgowy przez Internet, który poruszył ręką Stocco, nawet gdy siedział w pokoju po drugiej stronie kampusu.
Nicolelis sugeruje, że ludzie mogą już angażować się w naturalną formę dzielenia mózgu, gdy są poddawani wspólnej informacji zwrotnej - nie zdając sobie sprawy z tego, że to się dzieje. „Ciekawe jest to, że prawdopodobnie dzieje się to z nami cały czas. Kiedy oglądamy film w teatrze, ten rodzaj informacji zwrotnej prawdopodobnie synchronizuje mózgi na widowni, dzięki czemu mamy reakcje grupowe, śmiejąc się lub płacząc w tym samym momencie ”, mówi.
„Może także wyjaśniać, dlaczego grupy ludzi mogą współpracować, aby osiągnąć wspólny cel. Na przykład drużyna sportowa, gdzie często oglądamy i mówimy, że drużyna w końcu gra jak drużyna, a nie jak grupa osób. Nikt tak naprawdę położyli ręce na to, czym dokładnie jest chemia, która sprawia, że drużyna piłkarska gra lepiej. Być może znaleźliśmy mechanizm - synchronizację działania mózgu. ”
Jego zespół pracuje obecnie nad próbami przełożenia badań nad małpami na nieinwazyjne praktyki kliniczne, aby ewentualnie pomóc w rehabilitacji sparaliżowanych ludzi poprzez myślenie i działania grupowe.
„Na przykład u moich pacjentów z paraplegią zauważyłem, że bardzo trudno jest rozpocząć trening przy użyciu sygnału mózgowego, ponieważ mózg dosłownie zapomina, że masz nogi” - wyjaśnia. „Więc częścią tego neurologicznego rehabilitacji jest użycie innego mózgu, aby ponownie wprowadzić tę koncepcję do mózgów pacjentów. Moglibyśmy poprosić fizjoterapeutę lub nawet krewnych pacjenta o pomoc w fazie treningowej poprzez połączenie czynności mózgu z czynnościami pacjenta ”.
