Ինչպե՞ս է ժամանակակից հիմնական գիտությունը հետազոտում ուղեղը:

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Ոչ վաղ անցյալում, պատմական չափանիշների համաձայն, ուղեղը խոսվում էր որպես «սև արկղի» մասին, որի ներսում տեղի ունեցող գործընթացները մնում էին առեղծված: Գիտական վերջին ձեռքբերումներն այլևս թույլ չեն տալիս այսքան կտրականապես հայտարարել։ Այնուամենայնիվ, ուղեղի հետազոտության ոլորտում դեռ շատ ավելի շատ հարցեր կան, քան միանշանակ պատասխաններ:

Տիեզերական թվային պարամետրեր ունեցող և մշտական շարժման մեջ գտնվող այս համակարգում չափազանց դժվար է ճանաչել մեխանիզմները, որոնք կարող են փոխկապակցվել այն, ինչ մենք անվանում ենք հիշողություն և մտածողություն: Երբեմն դրա համար պետք է ուղղակիորեն ներթափանցել ուղեղի մեջ։ Ամենաուղղակի ֆիզիկական իմաստով.

Ինչ էլ ասեն վայրի բնության պաշտպանները, դեռ ոչ ոք չի արգելել հետազոտողներին փորձեր կատարել կապիկների և առնետների ուղեղի վրա։ Այնուամենայնիվ, երբ խոսքը վերաբերում է մարդու ուղեղին՝ կենդանի ուղեղին, իհարկե, դրա վրա փորձարկումները գործնականում անհնար են՝ օրենքի և էթիկայի նկատառումներից ելնելով։ Դուք կարող եք մտնել «գորշ նյութի» մեջ միայն, ինչպես ասում են, դեղորայքով ընկերության համար։

Լարեր իմ գլխում

Ուղեղի հետազոտողներին տրված այդպիսի հնարավորություններից մեկը էպիլեպսիայի ծանր դեպքերի վիրաբուժական բուժման անհրաժեշտությունն էր, որոնք չեն արձագանքում դեղորայքային թերապիային: Հիվանդության պատճառը միջին ժամանակավոր բլթի ախտահարված տարածքներն են: Հենց այս հատվածները պետք է հեռացվեն նյարդավիրաբուժության մեթոդներով, բայց առաջին հերթին պետք է բացահայտվեն, որպեսզի, այսպես ասած, «ավելցուկը չկտրվի»։

Ամերիկացի նյարդավիրաբույժ Յիցհակ Ֆրիդը Կալիֆորնիայի համալսարանից (Լոս Անջելես) առաջիններից էր, ով 1970-ականներին կիրառեց 1 մմ էլեկտրոդների ուղղակիորեն ուղեղի կեղևի մեջ մտցնելու տեխնոլոգիան: Նյարդային բջիջների չափերի համեմատ՝ էլեկտրոդներն ունեին կիկլոպյան չափեր, բայց նույնիսկ այդպիսի կոպիտ գործիքը բավական էր մի շարք նեյրոններից (հազարից մինչև միլիոն) միջին էլեկտրական ազդանշանը հեռացնելու համար։

Սկզբունքորեն սա բավական էր զուտ բժշկական նպատակներին հասնելու համար, սակայն ինչ-որ փուլում որոշվեց կատարելագործել գործիքը։ Այսուհետ միլիմետրային էլեկտրոդը ծայր է ստացել 50 մկմ տրամագծով ութ ավելի բարակ էլեկտրոդների ճյուղավորման տեսքով։

Սա հնարավորություն տվեց բարձրացնել չափումների ճշգրտությունը մինչև նեյրոնների համեմատաբար փոքր խմբերի ազդանշանի ամրագրումը: Մեթոդներ են մշակվել նաև ուղեղի մեկ նյարդային բջջից ուղարկվող ազդանշանը «կոլեկտիվ» աղմուկից զտելու համար: Այս ամենն արվել է ոչ թե բժշկական, այլ զուտ գիտական նպատակներով։

Ի՞նչ է ուղեղի պլաստիկությունը:

Ուղեղի պլաստիկությունը փոփոխվող հանգամանքներին հարմարվելու մեր մտածողության օրգանի զարմանալի ունակությունն է: Եթե մենք սովորում ենք հմտություն և ինտենսիվ մարզում ենք ուղեղը, ապա այդ հմտության համար պատասխանատու ուղեղի հատվածում խտացում է առաջանում։ Այնտեղ տեղակայված նեյրոնները լրացուցիչ կապեր են ստեղծում՝ համախմբելով նոր ձեռք բերված հմտությունները։ Ուղեղի կենսական մասի վնասման դեպքում ուղեղը երբեմն նորից զարգացնում է անձեռնմխելի հատվածում կորցրած կենտրոնները:

Անվանված նեյրոններ

Հետազոտության առարկան մարդիկ էին, ովքեր սպասում էին էպիլեպսիայի վիրահատության. մինչ ուղեղի ծառի կեղևում ներկառուցված էլեկտրոդները նեյրոններից ազդանշաններ էին կարդում՝ վիրաբուժական միջամտության տարածքը ճշգրիտ որոշելու համար, ճանապարհին շատ հետաքրքիր փորձեր են իրականացվել: Եվ սա հենց այն դեպքն էր, երբ փոփ մշակույթի սրբապատկերները՝ հոլիվուդյան աստղերը, որոնց կերպարները հեշտությամբ ճանաչելի են աշխարհի բնակչության մեծամասնության կողմից, իրական օգուտներ բերեցին գիտությանը։

Յիցհակ Ֆրիդայի աշխատակից, բժիշկ և նեյրոֆիզիոլոգ Ռոդրիգո Կիան Կիրոգան իր նոութբուքի առարկաներին ցույց է տվել հայտնի վիզուալների ընտրանի, ներառյալ հայտնի դեմքեր և հայտնի կառույցներ, ինչպիսիք են Սիդնեյի օպերային թատրոնը:

Երբ այս նկարները ցուցադրվեցին, ուղեղում նկատվեց առանձին նեյրոնների էլեկտրական ակտիվություն, և տարբեր պատկերները «միացրին» տարբեր նյարդային բջիջներ: Օրինակ՝ տեղադրվել է «Ջենիֆեր Էնիսթոնի նեյրոն», որը «կրակում» է ամեն անգամ, երբ էկրանին հայտնվում էր այս ռոմանտիկ դերասանուհու դիմանկարը։ Ինչ լուսանկար էլ որ Էնիսթոնին ցույց տրվեր սուբյեկտին, «նրա անունը» նեյրոնը չխափանվեց: Ավելին, դա ստացվեց նաև այն ժամանակ, երբ էկրանին հայտնվեցին կադրեր հանրահայտ սերիալից, որոնցում դերասանուհին նկարահանվեց, նույնիսկ եթե ինքը կադրում չէր։ Բայց տեսնելով աղջիկների, որոնք միայն նման էին Ջենիֆերին, նեյրոնը լռեց։

Ուսումնասիրված նյարդային բջիջը, ինչպես պարզվեց, կապված էր հենց կոնկրետ դերասանուհու ամբողջական կերպարի հետ, և ամենևին էլ նրա արտաքինի կամ հագուստի առանձին տարրերի հետ: Եվ այս հայտնագործությունը, եթե ոչ բանալին, ապա հուշում է մարդու ուղեղում երկարաժամկետ հիշողության պահպանման մեխանիզմները հասկանալու համար:

Միակ բանը, որ խանգարեց մեզ առաջ գնալ, հենց էթիկայի և իրավունքի նկատառումներն էին, որոնք վերը նշված էին։ Գիտնականները չէին կարող էլեկտրոդներ տեղադրել ուղեղի այլ հատվածներում, բացառությամբ նրանց, որոնք ենթարկվել էին նախավիրահատական հետազոտության, և ուսումնասիրությունն ինքնին ուներ սահմանափակ բժշկական ժամկետ:

Սա շատ դժվարացրեց պատասխան գտնել այն հարցին, թե Ջենիֆեր Էնիսթոնի, Բրեդ Փիթի, կամ Էյֆելյան աշտարակի նեյրոնն իրոք գոյություն ունի՞, կամ գուցե չափումների արդյունքում գիտնականները պատահաբար պատահաբար հանդիպեցին մի ամբողջ ցանցի միայն մեկ բջիջի։ միմյանց հետ կապված սինապտիկ կապերով, որը պատասխանատու է որոշակի պատկերի պահպանման կամ ճանաչման համար։

Նկարների հետ խաղում

Ինչ էլ որ լինի, փորձերը շարունակվեցին, և Մորան Սերֆը միացավ նրանց՝ չափազանց բազմակողմանի անհատականություն: Ծնունդով իսրայելցի նա փորձել է իրեն որպես բիզնես խորհրդատու, հաքեր և միևնույն ժամանակ համակարգչային անվտանգության հրահանգիչ, ինչպես նաև նկարիչ և կոմիքսների գրող, գրող և երաժիշտ:

Վերածննդի դարաշրջանին արժանի տաղանդների սպեկտրով այս մարդն էր, ով պարտավորվեց ստեղծել մի տեսակ նեյրոմեքենայի ինտերֆեյս Ջենիֆեր Էնիսթոնի նեյրոնի և նմանների հիման վրա: Այս անգամ Վ. Ի. անվան բժշկական կենտրոնի 12 հիվանդ. Ռոնալդ Ռեյգանը Կալիֆորնիայի համալսարանում. Նախավիրահատական հետազոտությունների ընթացքում 64 առանձին էլեկտրոդներ տեղադրվել են միջին ժամանակային բլթի շրջանում։ Զուգահեռաբար սկսվեցին փորձերը։

Բարձրագույն նյարդային գործունեության գիտությունների զարգացումը խոստանում է անհավանական հեռանկարներ. մարդիկ կկարողանան ավելի լավ հասկանալ իրենց և հաղթահարել այժմ անբուժելի հիվանդությունները: Կենդանի մարդկային ուղեղի վրա փորձերի բարոյական և իրավական կողմը մնում է խնդիր:

Մարդկանց սկզբում ցուցադրվել է փոփ մշակույթի թեմաներով 110 պատկեր: Այս առաջին փուլի արդյունքում ընտրվեցին չորս նկարներ, որոնց տեսադաշտում նեյրոնների գրգռումը կեղևի ուսումնասիրված տարածքի տարբեր հատվածներում հստակ արձանագրվեց ամբողջ տասնյակ առարկաների մեջ: Այնուհետև էկրանին միաժամանակ ցուցադրվել են երկու պատկեր՝ միմյանց վրա դրված, և յուրաքանչյուրն ուներ 50% թափանցիկություն, այսինքն՝ պատկերները փայլում էին միմյանց միջով։

Սուբյեկտին խնդրել են մտովի մեծացնել երկու պատկերներից մեկի պայծառությունը, որպեսզի նա մթագնի իր «մրցակցին»: Այս դեպքում, պատկերի համար պատասխանատու նեյրոնը, որի վրա կենտրոնացած էր հիվանդի ուշադրությունը, արտադրում էր ավելի ուժեղ էլեկտրական ազդանշան, քան երկրորդ պատկերի հետ կապված նեյրոնը: Իմպուլսները ֆիքսվել են էլեկտրոդներով, մտել ապակոդավորիչ և վերածվել ազդանշանի, որը վերահսկում է պատկերի պայծառությունը (կամ թափանցիկությունը):

Այսպիսով, մտքի աշխատանքը բավական էր, որպեսզի մի նկարը սկսեր «մուրճով հարվածել» մյուսին։Երբ սուբյեկտներին խնդրեցին ոչ թե ուժեղացնել, այլ, ընդհակառակը, ավելի գունատ դարձնել երկու պատկերներից մեկը, ուղեղ-համակարգիչ կապը կրկին աշխատեց:

Թեթև գլուխ

Արժե՞ր արդյոք այս հուզիչ խաղը կենդանի մարդկանց, հատկապես առողջական լուրջ խնդիրներ ունեցողների վրա փորձեր անցկացնելու անհրաժեշտությանը: Նախագծի հեղինակների կարծիքով՝ դա արժեր, քանի որ հետազոտողները ոչ միայն բավարարել են իրենց հիմնարար բնույթի գիտական հետաքրքրությունները, այլև փնտրել են բավականին կիրառական խնդիրների լուծման մոտեցումներ։

Եթե ուղեղում կան նեյրոններ (կամ նեյրոնների կապոցներ), որոնք հուզվում են Ջենիֆեր Էնիսթոնի հայացքից, ապա պետք է լինեն ուղեղի բջիջներ, որոնք պատասխանատու են կյանքի համար առավել կարևոր հասկացությունների և պատկերների համար: Այն դեպքերում, երբ հիվանդը չի կարողանում խոսել կամ ժեստերով ազդարարել իր խնդիրները և կարիքները, ուղեղի հետ ուղիղ կապը կօգնի բժիշկներին նեյրոններից սովորել հիվանդի կարիքների մասին: Ավելին, որքան շատ ասոցիացիաներ ստեղծվեն, այնքան մարդն ավելի շատ կկարողանա շփվել իր մասին։

Այնուամենայնիվ, ուղեղում ներկառուցված էլեկտրոդը, նույնիսկ եթե դրա տրամագիծը 50 միկրոն է, չափազանց կոպիտ գործիք է կոնկրետ նեյրոնին ճշգրիտ թիրախավորելու համար: Փոխազդեցության ավելի նուրբ մեթոդը օպտոգենետիկան է, որը ներառում է նյարդային բջիջների փոխակերպումը գենետիկ մակարդակով:

Էդ Բոյդենը և Կառլ Թեսոտը, ովքեր սկսել են իրենց աշխատանքը Սթենֆորդի համալսարանում, համարվում են այս ուղղության առաջամարտիկներից։ Նրանց գաղափարն էր գործել նեյրոնների վրա՝ օգտագործելով մանրանկարչական լույսի աղբյուրներ: Դրա համար բջիջները, իհարկե, պետք է դարձնել լուսազգայուն։

Քանի որ առանձին բջիջներում լուսազգայուն սպիտակուցների՝ օպսինների փոխպատվաստման ֆիզիկական մանիպուլյացիաները գրեթե անհնարին են, հետազոտողները առաջարկել են … վարակել նեյրոնները վիրուսով: Հենց այս վիրուսը կներդնի գեն, որը սինթեզում է լուսազգայուն սպիտակուցը բջիջների գենոմում:

Այս տեխնոլոգիան ունի մի քանի պոտենցիալ օգտագործում. Դրանցից մեկը վնասված ցանցաթաղանթով աչքի տեսողության մասնակի վերականգնումն է՝ մնացած ոչ լուսազգայուն բջիջներին լուսազգայուն հատկություններ հաղորդելով (կան կենդանիների վրա հաջող փորձեր): Ուղեղը, ստանալով էլեկտրական ազդանշաններ, որոնք առաջանում են պատահական լույսի հետևանքով, շուտով կսովորի աշխատել դրանց հետ և մեկնաբանել դրանք որպես պատկեր, թեև ցածր որակի:

Մեկ այլ ծրագիր է աշխատում նեյրոնների հետ անմիջապես ուղեղում՝ օգտագործելով մանրանկարչական լուսային ուղեցույցներ: Լույսի ճառագայթի օգնությամբ կենդանիների ուղեղում տարբեր նեյրոններ ակտիվացնելով՝ հնարավոր է պարզել, թե ինչ վարքագծային արձագանքներ են առաջացնում այդ նեյրոնները։ Բացի այդ, ուղեղում «թեթեւ» միջամտությունը կարող է ապագայում ունենալ թերապեւտիկ արժեք։