Obserwowanie pojedynczej formy myślowej w mózgu

Jednym z długoterminowych celów neuroobrazowania jest zrozumienie tego, co dana osoba myśli, po prostu patrząc na wzorce aktywności jej mózgu – w istocie, czytając w umyśle. Chociaż do tego jeszcze daleko, naukowcy z University of New Mexico podjęli ważny krok, udoskonalając techniki obrazowania neurologicznego do punktu, w którym są w stanie wiarygodnie wykryć pojedynczą myśl formującą się w mózgu danej osoby.

Gdy tylko ochotnik wymyśli słowo, naukowcy wykrywają aktywność mózgu w obszarze Broki (żółta strzałka), części mózgu zaangażowanej w język. (Źródło: Stefan Posse, University of New Mexico)

Technika ta może zostać wykorzystana do udoskonalenia zastosowań klinicznych neuroobrazowania, takich jak diagnoza pacjentów, lub do badania procesów poznawczych, które są ulotne lub nieodwracalne, takich jak uczenie się nowych umiejętności. To może otworzyć zupełnie nowy wymiar wykorzystania fMRI, mówi Piotr Bandettini , dyrektor głównej placówki fMRI w National Institutes of Health w Bethesda, MD.

Funkcjonalne obrazowanie rezonansem magnetycznym (fMRI) mierzy przepływ krwi do różnych części mózgu, wskazując tym samym, które obszary mózgu są najbardziej aktywne. Obrazowanie mózgu, gdy ktoś wykonuje zadania umysłowe, takie jak zapamiętywanie słów lub wykonywanie matematyki, daje wgląd w części mózgu kluczowe dla tych procesów poznawczych.

Ale aktywność mózgu jest bardzo głośna, co oznacza, że ​​naukowcy muszą odróżnić odpowiednie sygnały neuronowe od aktywności tła, która może pochodzić z oddychania, poruszania się, a nawet snów na jawie. Aby wykryć aktywność mózgu związaną z określonym zadaniem, większość fMRI bada średnie skany mózgu z powtarzanych testów na dziesiątkach osób.

Stefan Posse wraz z kolegami z University of New Mexico opracowują nowe sposoby zbierania i analizowania danych fMRI, które pozwalają im wykryć aktywność mózgu na podstawie pojedynczej myśli. Stworzyli swoje wysoce czułe metody obrazowania, robiąc więcej zdjęć w krótszym czasie i opracowując nowe algorytmy integrujące te obrazy i redukujące szumy tła.

Jak opisano w artykule opublikowanym w zeszłym miesiącu w czasopiśmie Neuroobraz , zespół Posse poprosił ośmiu wolontariuszy leżących w skanerze, aby wymyślili słowo rozpoczynające się literą migającą na ekranie nad ich twarzami. Następnie zarejestrowali aktywność w obszarze Broki, części mózgu zaangażowanej w generowanie języka.

Naukowcy odkryli, że mogą wykryć aktywność w tym regionie po jednej próbie mniej więcej tak samo niezawodnie, jak w poprzednich badaniach, w których uśredniano wyniki z wielu prób. W rzeczywistości możemy to zobaczyć na skanerze w czasie rzeczywistym, mówi Posse.

Eksperci twierdzą, że odkrycia są obiecujące, choć wciąż wymagają potwierdzenia. Ważne jest, aby wypróbować to w innych obszarach mózgu i przy innych zadaniach, aby zobaczyć, gdzie to działa, mówi Christopher deCharms, założyciel Omneuron, startupu zajmującego się obrazowaniem mózgu w Menlo Park w Kalifornii.

Naukowcy próbują teraz zebrać dodatkowe informacje z tych krótkich wzorców aktywności mózgu. Czasami widzieliśmy drugi guzek w okolicy Broca, mówi Posse. Badani powiedzieli nam, że pomyśleli o drugim słowie.

W końcu naukowcy mają nadzieję, że będą w stanie wydedukować jeszcze bardziej skomplikowane cechy, takie jak rodzaj słowa, które osoba wygenerowała, czy słowo to sprawiało, że czuła się szczęśliwa, czy zła, i ostatecznie bardziej złożone myśli. Jeśli widzisz aktywność generowaną przez pojedyncze słowo, być może możesz również zobaczyć aktywność z dłuższej sekwencji myśli, a następnie złożone procesy mózgowe, mówi Posse. Chodzi o to, aby móc rozłożyć strumień procesów myślowych na indywidualne myśli.

Eksperci od obrazowania mózgu twierdzą, że technika, która rzetelnie mierzy pojedyncze myśli, może otworzyć nowy świat eksperymentów. Jeśli uda nam się zmierzyć dane z pojedynczej próby, otrzymamy skuteczniejszą metodę niż ta, która była dostępna, mówi deCharms. Możesz monitorować wydajność w zadaniu, takim jak operacja lub lot samolotem, jeśli chcesz zrozumieć, jak wydajność zmienia się z sekundy na sekundę.

I tę jednomyślną metodę można wykorzystać do badania samego procesu uczenia się, co dzieje się bardzo szybko, mówi deCharms. Pierwsze wrażenie można mieć tylko raz. Aby zbadać konkretny proces uczenia się, naukowcy musieliby zmierzyć różnicę w aktywności mózgu między pierwszym wykonaniem nowej umiejętności a drugą lub trzecią. Jeśli musisz średnio ponad 20 prób, tracisz dużo wglądu, mówi deCharms.

Techniki obrazowania mózgu w ramach pojedynczej próby mogą być również przydatne w klinice. Obecnie fMRI jest rzadko wykorzystywany do celów diagnostycznych lub terapeutycznych, ponieważ trudno jest zebrać wiarygodne dane z pojedynczego obrazu mózgu. Ale ponieważ techniki fMRI, takie jak Posse, umożliwiają bardziej czułe obrazowanie, lekarze będą mogli lepiej podejmować decyzje medyczne na podstawie pojedynczych skanów mózgu. Ponadto, mówi Bandettini, możliwość generowania wiarygodnych obrazów w krótszym czasie ułatwi ten proces zarówno lekarzom, jak i pacjentom.

ukryć