Editörün Notu: Bu haftalık dizide, LiveScience teknolojinin bilimsel keşif ve keşfi nasıl teşvik ettiğini araştırıyor.
İnsan deneyimi beyin tarafından tanımlanır, ancak bu 3 lb hakkında çok şey vardır. organ bir sır olarak kalır. Yine de, beyin görüntülemeden beyin-bilgisayar arayüzlerine kadar, bilim adamları zihnin içine bakmak için teknolojiler geliştirmede etkileyici adımlar attılar.
Beyni Görüntüleme
Şu anda, beyni inceleyen bilim adamları yapısına veya işlevine bakabilirler. Yapısal görüntülemede, makineler, örneğin tümörleri veya kan pıhtılarını teşhis etmek için kullanılabilen beynin büyük ölçekli anatomisinin anlık görüntülerini alır. Fonksiyonel görüntüleme, düşünme ve algılama sırasında hangi alanların aktif olduğunu gösteren, beynin dinamik bir görünümünü sağlar.
Yapısal görüntüleme teknikleri arasında, CAT taramaları veya kafadaki X-ışınlarını birçok farklı açıdan ışınlayarak dilimlerin görüntülerini beyinden alan bilgisayarlı eksenel tomografi bulunur. CAT veya CT taramaları, örneğin bir beyin hasarını teşhis etmek için sıklıkla kullanılır. Başka bir yöntem olan pozitron emisyon tomografisi (PET) beynin hem 2D hem de 3D görüntülerini üretir: Kana enjekte edilen radyoaktif olarak etiketlenmiş bir kimyasal bir tarayıcının algıladığı gama ışınları yayar. Manyetik rezonans görüntüleme (MRI), güçlü bir manyetik alan içindeki atomların manyetik dönüşünü ölçerek beynin genel yapısının bir görünümünü sağlar.
Chapel Hill'deki North Carolina Üniversitesi'nden radyolog ve Amerikan Nöroradiyoloji Dergisi genel yayın yönetmeni Dr. Mauricio Castillo, "MRI'nın muhtemelen beyni görmenin en iyi yolu olduğu sorusu yoktur." Dedi.
Fonksiyonel görüntüleme alanında, mevcut altın standardı fonksiyonel MRG'dir (fMRI). Bu teknik, farklı beyin bölgelerindeki kan akışındaki değişiklikleri, birisi kelime okumak veya resim görüntülemek gibi bir görev gerçekleştirdiğinde hangi alanların aktif olduğu bir proxy olarak ölçer.
"Bugünlerde vurgu, beynin nasıl bağlandığını korteksin aktivasyonu ile birleştirmeye çalışmaktır," dedi Castillo.
Beyin yapısını ve fonksiyonunu birleştirmek için çeşitli yöntemler birleştirilebilir. Örneğin, MRI ve PET taraması aynı anda yapılabilir ve görüntüler beynin anatomik bir haritası üzerine bindirilen fizyolojik aktiviteyi göstermek için birleştirilebilir. Sonuç, cerraha bir beyin lezyonunun yerini söylemek için kullanılabilir, böylece çıkarılabilir.
Son zamanlarda, beynin içinde tam anlamıyla görmek için yeni bir teknik geliştirilmiştir. CLARITY (başlangıçta Clear Lipid ile değiştirilmiş Akrilamid ile hibritlenmiş Sert Görüntüleme / Bağışıklama / Yerinde hibridizasyon uyumlu Doku-hYdrogel için) olarak adlandırılan, yapısını sağlam tutarken (canlı olmayan) bir beyni ışığa şeffaf hale getirebilir. Teknik, yetişkin bir fare beyninin nörolojik kablolarını görselleştirmek için zaten kullanılmıştır.
Düşüncelerin kodunu çözme
Bazı bilim adamları beynin içinde daha mecazi olarak görmek ister. Beyin-bilgisayar arayüzlerini (BCI'ler veya BMI'lar, beyin-makine arayüzleri), beyin sinyallerini bilgisayar veya protez uzuv gibi harici bir cihaza bağlayan cihazları girin. BCI'lar, kafa derisine yerleştirilen elektrotlardan oluşan invaziv olmayan sistemlerden, elektrotların beynin kendisine implante edilmesini gerektiren daha invaziv sistemlere kadar değişir.
Noninvaziv BCI'lar, büyük beyin bölgelerinde birçok nöronun aktivitesini kaydeden kafa derisi bazlı elektroensefalografi (EEG) içerir. EEG tabanlı sistemlerin avantajı ameliyat gerektirmemesidir. Öte yandan, bu sistemler sadece genel beyin aktivitesini tespit edebilir, bu nedenle kullanıcı düşüncelerini tek bir göreve odaklamalıdır.
Daha invaziv sistemler arasında, korteksten EEG sinyallerini kaydetmek için elektrotların beynin yüzeyine implante edildiği elektrokortikografi (ECoG) bulunur. Wilder Penfield ve Herbert Jasper 1950'lerin başında tekniğe öncülük ettiklerinden, diğer amaçların yanı sıra epileptik nöbetlerin başladığı beyin bölgelerini tanımlamak için kullanılmıştır.
Bazı BCI'lar beynin korteksine implante edilmiş elektrotlar kullanır. Bu sistemler daha invaziv olmasına rağmen, çok daha iyi bir çözünürlüğe sahiptir ve tek tek nöronlar tarafından gönderilen sinyalleri alabilirler. BCI'lar artık paraplejisi olan insanların (dört uzvun hepsinin felci) robotik bir kolu tek başına düşünerek kontrol etmesine veya kullanıcıların sadece bilgisayar ekranındaki sözcükleri sadece zihinlerini kullanarak hecelemelerine izin verebilir.
Birçok ilerlemeye rağmen, beyin hakkında çok şey bilinmiyor. Bu boşluğu kapatmak için Amerikalı bilim adamları, Nisan ayında Başkan Barack Obama tarafından açıklanan ve BEYİN inisiyatifi (Yenilikçi Nöroteknolojileri Geliştirerek Beyin Araştırmaları) olarak adlandırılan insan beynini haritalamak için yeni bir proje başlattılar.
Ancak sinirbilimcilerin çalışmaları onlar için kesilmiş durumda. "Beyin muhtemelen evrendeki en karmaşık makinedir," dedi Castillo. "Anlamaktan hâlâ çok uzağız."
