211service.com
Smadzeņu izpētes uzpildīšana
Pēdējā desmitgadē ir notikušas revolūcijas mūsu izpratnē par smadzenēm. Funkcionālā magnētiskās rezonanses attēlveidošana (fMRI) sniedz zinātniekiem priekšstatu par mūsu dziļākajām domām un slēptajām bažām. Nelieli elektrodu bloki, kas ieraksta neironu signālus no dažādām smadzeņu daļām, atklāj norādes par to, kā mūsu neironi kodē un sūta informāciju. Bet kādus atklājumus neirozinātnē sniegs nākamās paaudzes tehnoloģijas? MIT zinātnieki cer steigties ar šo atbildi ar McGovern Institute Neirotehnoloģiju programmu, jaunu programmu, kas paredzēta jaunu neirotehnoloģiju attīstībai. Čārlzs Dženingss, nesen nolīgtais programmas direktors, sarunājas ar Tehnoloģiju apskats par viņa nākotnes redzējumu.
Čārlzs Dženingss, nesen pieņemtais McGovern Institute Neirotehnoloģiju programmas direktors, cer veicināt nākamās paaudzes tehnoloģiju attīstību smadzenēm.
Tehnoloģiju apskats : Kāpēc sākt īpašu programmu neirotehnoloģiju attīstībai?
Čārlzs Dženingss : Neirozinātni vienmēr ir virzījusi un ierobežojusi tās pētīšanai pieejamās tehnoloģijas. Smadzenes ir tik sarežģītas — jums ir nepieciešami veidi, kā tās ierakstīt un stimulēt. Jauda, ar kādu jūs varat veikt šīs darbības, nosaka pētījuma un iespējamo klīnisko pielietojumu tempu.
BĒRNI : Kādi ir esošo tehnoloģiju ierobežojumi neirozinātnes pētīšanai?
CJ : Lielākoties ierakstīšana no smadzenēm ir saistīta ar skatīšanos caur galvaskausu tādos veidos, kas ir būtiski ierobežoti. FMRI, kas bija liels progress un viens no spēcīgākajiem no šiem paņēmieniem, mēra asins plūsmu. Tātad jūs nekad nevarat iegūt labāku izšķirtspēju par asins plūsmas ātrumu. Jūs nekad nevarat nolaisties līdz vienas šūnas līmenim.
Spektra otrā galā mēs varam ievietot elektrodu smadzenēs, parasti dzīvnieku smadzenēs, un šī metode ir bijusi ārkārtīgi svarīga. Bet lielākoties mēs varam ierakstīt tikai no viena vai vairākiem miljardiem smadzeņu neironu. Signālu laikā starp neironiem ir iekodēts daudz informācijas, ko jūs nevarat redzēt, ja vien neierakstat no daudziem neironiem vienlaikus.
Mūs ierobežo arī ilgums, ko varam ierakstīt. Ja vēlaties izpētīt procesu vai uzvedību, kuras iegūšana prasa nedēļas, jums ir jāspēj aplūkot smadzenes ilgu laiku. Šī iespēja pavērtu daudzus pētniecības jautājumus: procesi, kas ir paradumu veidošanās pamatā, ilgstoša deģenerācija, piemēram, Alcheimera slimība, vai psihiskas slimības, kas bieži attīstās gadu gaitā.
Ilgtermiņa ierakstīšana ir klīniski svarīga arī Parkinsona slimības un depresijas smadzeņu stimulācijas ārstēšanai. [Šajā procedūrā elektrods tiek ķirurģiski implantēts slimībā iesaistītajā smadzeņu daļā. Elektrisko impulsu piegāde caur implantu bloķē elektriskos signālus, izraisot trīci un citus Parkinsona slimības simptomus, un pēdējā laikā tas ir izrādījis zināmu solījumu smagas depresijas ārstēšanā.] Un tas ir svarīgi protēžu ierīcēs paralīzes upuriem, kurās ierīce reģistrē. no smadzeņu daļas, kas iesaistīta plānošanā, un pēc tam pārvērš šo darbību datora kursora vai mākslīgās ekstremitātes kustībā. Izaicinājums ir radīt kaut ko tādu, ko jūs varat implantēt smadzenēs un kas darbosies konsekventi ilgu laiku.
BĒRNI : Kādas ir dažas interesantas jaunas tehnoloģijas, kuras jūs redzat neirozinātnes apvāršņā?
CJ : Es domāju, ka mēs redzēsim lielu cilvēka ģenētikas ietekmi. Piemēram, mūsu kaimiņi Broad [institūtā] ir izstrādājuši rīkus, lai aplūkotu atsevišķas mūsu ģenētiskās informācijas variācijas, un meklē gēnus, kas saistīti ar šizofrēniju un bipolāriem traucējumiem. (Skatiet Jaunu veselības karti.) Līdz šim ir identificēti daži gēni, tāpēc patiešām ir steidzami jāatklāj šo slimību ģenētiskais pamats.
Viena no tendencēm, ko esam novērojuši pēdējo gadu vai divu laikā, ir interese apvienot ģenētiku un smadzeņu attēlveidošanu. Ja identificējat gēnu, kas saistīts ar psihisku slimību, vēlaties jautāt, kā šis gēns ietekmē uzvedību un kā tas ietekmē smadzeņu darbību. Smadzenes ir melnā kaste, līdz jūs tajās ieskatāties. Lielākais izaicinājums būs visu saikņu noteikšana starp gēniem un uzvedību. Kā vides ietekme mijiedarbojas ar ģenētiku, lai veidotu smadzenes un ietekmētu uzvedību?
BĒRNI : Kādas tehnoloģijas vēlaties attīstīt?
CJ : Līdz šim mēs sadarbojamies ar Ianu Hanteru, MIT mašīnbūves profesoru, kurš izstrādā nanovadu elektrodus, kas ir daudz smalkāki nekā pašreizējie elektrodi. (Sk. Mazi elektrodi smadzenēm.) Varat tos ievadīt vairākās smadzeņu daļās, vienlaikus nodarot mazāku kaitējumu audiem.
Vēl viens projekts ir izstrādāt jaunas metodes fMRI. Mēs vēlamies radīt reportiermolekulas, kas ir jutīgas pret dažādām [ķimikālijām] smadzenēs, piemēram, kalciju, svarīgu signālu molekulu. Marķieris, kas mainās līdz ar kalcija koncentrāciju, varētu attēlot nervu darbību ar daudz lielāku izšķirtspēju nekā pašreizējās metodes.
Ilgtermiņā mēs vēlamies domāt par lieliem un augsta riska projektiem ar augstu atdevi. Ja paskatās uz fMRI, tas ir radikāli jauns veids, kā skatīties uz smadzenēm. Kas to aizstās pēc 20 gadiem? Zinātniskās fantastikas skats būtu miniatūras ierīces, kas ievietotos kapilāros un ierakstītu no tuviem neironiem un pārraidītu šos datus caur galvaskausu. Padomājiet, ko jūs varētu darīt, ja jums būtu liels skaits šo lietu, kas varētu pašas darboties un plūst ap smadzenēm. Mēs nezinām, vai to var izdarīt, bet man ir teikts, ka nav teorētiska iemesla, kāpēc tas nevarētu.