როგორ იკვლევს თანამედროვე ძირითადი მეცნიერება ტვინს?

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

არც ისე დიდი ხნის წინ, ისტორიული სტანდარტების მიხედვით, ტვინზე საუბრობდნენ როგორც „შავ ყუთზე“, რომლის შიგნით მიმდინარე პროცესები საიდუმლოდ რჩებოდა. ბოლო სამეცნიერო მიღწევები აღარ გვაძლევს ამის ასე კატეგორიულად განცხადების საშუალებას. თუმცა, ტვინის კვლევის სფეროში ჯერ კიდევ გაცილებით მეტი კითხვაა, ვიდრე ცალსახა პასუხები.

უკიდურესად რთულია ამ სისტემაში, რომელსაც აქვს კოსმოსური რიცხვითი პარამეტრები და მუდმივ მოძრაობაშია, მექანიზმები, რომლებიც შეიძლება იყოს დაკავშირებული იმასთან, რასაც ჩვენ მეხსიერებას და აზროვნებას ვუწოდებთ. ზოგჯერ ამისათვის თქვენ უნდა შეაღწიოთ პირდაპირ ტვინში. ყველაზე პირდაპირი ფიზიკური გაგებით.

რაც არ უნდა თქვან ველური ბუნების დამცველები, ჯერ არავის აუკრძალავს მკვლევარებს მაიმუნებისა და ვირთხების ტვინზე ექსპერიმენტების ჩატარება. თუმცა, რაც შეეხება ადამიანის ტვინს - ცოცხალ ტვინს, რა თქმა უნდა, მასზე ექსპერიმენტები კანონისა და ეთიკის მიზეზების გამო პრაქტიკულად შეუძლებელია. "ნაცრისფერი მატერიის" შიგნით შეღწევა შეგიძლიათ მხოლოდ, როგორც ამბობენ, მედიკამენტების კომპანიისთვის.

მავთულები ჩემს თავში

ერთ-ერთი ასეთი შესაძლებლობა, რომელიც წარუდგინეს ტვინის მკვლევარებს, იყო ეპილეფსიის მძიმე შემთხვევების ქირურგიული მკურნალობის საჭიროება, რომლებიც არ პასუხობენ წამლის თერაპიას. დაავადების მიზეზი არის მედიანური დროებითი წილის დაზიანებული უბნები. სწორედ ამ უბნების მოცილებაა საჭირო ნეიროქირურგიული მეთოდებით, მაგრამ უპირველეს ყოვლისა მათი იდენტიფიცირებაა საჭირო, რომ, ასე ვთქვათ, „ჭარბი არ მოიჭრას“.

ამერიკელი ნეიროქირურგი იცხაკ ფრიდი კალიფორნიის უნივერსიტეტიდან (ლოს-ანჯელესი) იყო ერთ-ერთი პირველი, ვინც გამოიყენა 1 მმ ელექტროდების პირდაპირ ცერებრალური ქერქში ჩასმის ტექნოლოგია ჯერ კიდევ 1970-იან წლებში. ნერვული უჯრედების ზომასთან შედარებით, ელექტროდებს ჰქონდათ ციკლოპური ზომები, მაგრამ ასეთი უხეში ინსტრუმენტიც კი საკმარისი იყო, რათა ამოეღო საშუალო ელექტრული სიგნალი რიგი ნეირონებიდან (ათასიდან მილიონამდე).

პრინციპში, ეს საკმარისი იყო წმინდა სამედიცინო მიზნების მისაღწევად, მაგრამ რაღაც ეტაპზე გადაწყდა ინსტრუმენტის გაუმჯობესება. ამიერიდან მილიმეტრულ ელექტროდს ბოლო 50 მკმ დიამეტრის რვა თხელი ელექტროდის განშტოების სახით იღებდა.

ამან შესაძლებელი გახადა გაზომვების სიზუსტის გაზრდა ნეირონების შედარებით მცირე ჯგუფების სიგნალის დაფიქსირებამდე. ასევე შემუშავებულია მეთოდები ტვინის ერთი ნერვული უჯრედიდან გაგზავნილი სიგნალის გასაფილტრად „კოლექტიური“ხმაურისგან. ეს ყველაფერი გაკეთდა არა სამედიცინო მიზნებისთვის, არამედ წმინდა მეცნიერული მიზნებისთვის.

რა არის ტვინის პლასტიურობა?

ტვინის პლასტიურობა არის ჩვენი აზროვნების ორგანოს საოცარი უნარი ადაპტირდეს ცვალებად გარემოებებთან. თუ უნარს ვისწავლით და ტვინს ინტენსიურად ვავარჯიშებთ, ამ უნარზე პასუხისმგებელ ტვინის არეში ჩნდება გასქელება. იქ მდებარე ნეირონები ქმნიან დამატებით კავშირებს, აძლიერებენ ახლად შეძენილ უნარებს. თავის ტვინის სასიცოცხლო მნიშვნელობის ნაწილის დაზიანების შემთხვევაში ტვინი ხანდახან ხელახლა ავითარებს დაკარგულ ცენტრებს ხელუხლებელ მიდამოში.

სახელად ნეირონები

კვლევის ობიექტები იყვნენ ადამიანები, რომლებიც ეპილეფსიის ოპერაციას ელოდნენ: სანამ ცერებრალური ქერქში ჩაშენებული ელექტროდები კითხულობდნენ სიგნალებს ნეირონებიდან, რათა ზუსტად დაედგინათ ქირურგიული ჩარევის არეალი, გზად ჩატარდა ძალიან საინტერესო ექსპერიმენტები. და ეს ის შემთხვევა იყო, როდესაც პოპ კულტურის ხატებმა - ჰოლივუდის ვარსკვლავებმა, რომელთა გამოსახულებაც ადვილად ამოიცნობს მსოფლიოს მოსახლეობის უმრავლესობას, რეალური სარგებელი მოუტანა მეცნიერებას.

იცხაკ ფრიდას თანამშრომელმა, ექიმმა და ნეიროფიზიოლოგმა როდრიგო კიან კვიროგამ, ლეპტოპზე სუბიექტებს აჩვენა ცნობილი ვიზუალის შერჩევა, მათ შორის პოპულარული პიროვნებები და ისეთი ცნობილი სტრუქტურები, როგორიცაა სიდნეის ოპერის სახლი.

როდესაც ეს სურათები აჩვენეს, ცალკეული ნეირონების ელექტრული აქტივობა დაფიქსირდა თავის ტვინში და სხვადასხვა გამოსახულებები "ჩართეს" სხვადასხვა ნერვულ უჯრედებს. მაგალითად, დამონტაჟდა "ჯენიფერ ენისტონის ნეირონი", რომელიც "ისროდა", როდესაც ეკრანზე ამ რომანტიული მსახიობის პორტრეტი ჩნდებოდა. როგორი ფოტოც არ უნდა აჩვენა ანისტონს სუბიექტს, ნეირონი "მისი სახელი" არ ჩავარდა. უფრო მეტიც, ისიც მუშაობდა, როდესაც ეკრანზე გამოჩნდა კადრები ცნობილი სერიალიდან, რომლებშიც მსახიობი ითამაშა, თუნდაც ის თავად არ ყოფილიყო კადრში. მაგრამ გოგონების დანახვაზე, რომლებიც მხოლოდ ჯენიფერს ჰგავდნენ, ნეირონი გაჩუმდა.

შესწავლილი ნერვული უჯრედი, როგორც გაირკვა, ასოცირდებოდა ზუსტად კონკრეტული მსახიობის ჰოლისტურ იმიჯთან და საერთოდ არა მისი გარეგნობის ან ტანსაცმლის ცალკეულ ელემენტებთან. და ამ აღმოჩენამ, თუ არა გასაღები, მაშინ მინიშნება მოგვცა ადამიანის ტვინში გრძელვადიანი მეხსიერების შენარჩუნების მექანიზმების გასაგებად.

ერთადერთი, რაც ხელს გვიშლიდა წინსვლაში, იყო სწორედ ეთიკისა და სამართლის მოსაზრებები, რაც ზემოთ იყო ნახსენები. მეცნიერებს არ შეეძლოთ ელექტროდების განთავსება ტვინის სხვა უბნებში, გარდა იმ უბნებისა, რომლებიც ექვემდებარებოდნენ წინასაოპერაციო კვლევას და თავად კვლევას ჰქონდა შეზღუდული სამედიცინო ვადა.

ამან ძალიან გაართულა პასუხის პოვნა კითხვაზე, მართლა არსებობს თუ არა ჯენიფერ ენისტონის, ბრედ პიტის, ან ეიფელის კოშკის ნეირონი, ან იქნებ გაზომვების შედეგად მეცნიერებმა შემთხვევით წააწყდნენ მხოლოდ ერთ უჯრედს მთელი ქსელიდან. ერთმანეთთან დაკავშირებულია სინაფსური კავშირებით, რომელიც პასუხისმგებელია გარკვეული გამოსახულების შენარჩუნებაზე ან ამოცნობაზე.

ნახატებით თამაში

როგორც არ უნდა იყოს, ექსპერიმენტები გაგრძელდა და მათ შეუერთდა მორან სერფი - უკიდურესად მრავალმხრივი პიროვნება. დაბადებით ისრაელი, მან თავი სცადა როგორც ბიზნეს კონსულტანტი, ჰაკერი და ამავე დროს კომპიუტერული უსაფრთხოების ინსტრუქტორი, ასევე მხატვარი და კომიქსების მწერალი, მწერალი და მუსიკოსი.

სწორედ ამ ადამიანმა, რომელსაც აქვს აღორძინების ეპოქის ღირსი ნიჭის სპექტრი, აიღო ვალდებულება შექმნას ერთგვარი ნეირომანქანის ინტერფეისი ჯენიფერ ენისტონის ნეირონისა და მსგავსის საფუძველზე. ამჯერად, ვ.ი.-ს სახელობის სამედიცინო ცენტრის 12 პაციენტმა. რონალდ რეიგანი კალიფორნიის უნივერსიტეტში. წინასაოპერაციო კვლევების მსვლელობისას, 64 ცალკეული ელექტროდი იყო ჩასმული მედიანური დროებითი წილის მიდამოში. პარალელურად დაიწყო ექსპერიმენტები.

უმაღლესი ნერვული აქტივობის მეცნიერებების განვითარება წარმოუდგენელ პერსპექტივებს გვპირდება: ადამიანებს შეეძლებათ უკეთ გაიგონ საკუთარი თავი და გაუმკლავდნენ ახლა განუკურნებელ დაავადებებს. ცოცხალ ადამიანის ტვინზე ექსპერიმენტების მორალური და იურიდიული მხარე პრობლემად რჩება.

ხალხს პირველად აჩვენეს პოპ კულტურის თემების 110 სურათი. ამ პირველი რაუნდის შედეგად შეირჩა ოთხი სურათი, რომელთა დანახვაზე ნეირონების აგზნება ქერქის შესწავლილი უბნის სხვადასხვა ნაწილში აშკარად დაფიქსირდა მთელ ათეულში. შემდეგ ეკრანზე ერთდროულად ორი გამოსახულება გამოისახა, ერთმანეთზე გადაფარებული და თითოეულს 50%-იანი გამჭვირვალობა ჰქონდა, ანუ გამოსახულებები ანათებდნენ ერთმანეთს.

სუბიექტს სთხოვეს გონებრივად გაეზარდა ორი სურათიდან ერთ-ერთის სიკაშკაშე ისე, რომ მან დაჩრდილა თავისი „მეტოქე“. ამ შემთხვევაში, ნეირონი, რომელიც პასუხისმგებელია იმ სურათზე, რომელზეც პაციენტის ყურადღება იყო მიმართული, წარმოქმნიდა უფრო ძლიერ ელექტრულ სიგნალს, ვიდრე მეორე სურათთან დაკავშირებული ნეირონი. იმპულსები დაფიქსირდა ელექტროდებით, შევიდა დეკოდერში და გადაიქცა სიგნალად, რომელიც აკონტროლებს გამოსახულების სიკაშკაშეს (ან გამჭვირვალობას).

ამრიგად, აზროვნების მუშაობა სრულიად საკმარისი იყო იმისთვის, რომ ერთმა ნახატმა მეორეზე "ჩაქუჩი" დაიწყო.როდესაც სუბიექტებს სთხოვეს არ გაეძლიერებინათ, არამედ, პირიქით, გაეხადათ ორი სურათიდან ერთი, ტვინი-კომპიუტერის კავშირი კვლავ იმუშავა.

მსუბუქი თავი

ღირდა თუ არა ეს საინტერესო თამაში ცოცხალ ადამიანებზე ექსპერიმენტების ჩატარების აუცილებლობაზე, განსაკუთრებით მათზე, ვისაც ჯანმრთელობის სერიოზული პრობლემები აქვს? პროექტის ავტორების თქმით, ეს ღირდა, რადგან მკვლევარებმა არა მხოლოდ დააკმაყოფილეს თავიანთი ფუნდამენტური ხასიათის სამეცნიერო ინტერესები, არამედ ეძებდნენ მიდგომებს საკმაოდ გამოყენებითი პრობლემების გადასაჭრელად.

თუ ტვინში არის ნეირონები (ან ნეირონების შეკვრა), რომლებიც აღფრთოვანებულია ჯენიფერ ენისტონის დანახვისას, მაშინ უნდა არსებობდეს ტვინის უჯრედები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან სიცოცხლისთვის უფრო აუცილებელ კონცეფციებსა და სურათებზე. იმ შემთხვევებში, როდესაც პაციენტს არ შეუძლია ლაპარაკი ან ჟესტებით მიანიშნოს მისი პრობლემები და საჭიროებები, ტვინთან პირდაპირი კავშირი დაეხმარება ექიმებს ნეირონებისგან გაეცნონ პაციენტის საჭიროებებს. უფრო მეტიც, რაც უფრო მეტი ასოციაცია ჩამოყალიბდება, მით უფრო მეტად შეძლებს ადამიანი საკუთარ თავზე კომუნიკაციას.

თუმცა, ტვინში ჩაშენებული ელექტროდი, თუნდაც მისი დიამეტრის 50 მიკრონი იყოს, ზედმეტად უხეში ინსტრუმენტია კონკრეტული ნეირონისთვის ზუსტად დამიზნებისთვის. ურთიერთქმედების უფრო დახვეწილი მეთოდია ოპტოგენეტიკა, რომელიც გულისხმობს ნერვული უჯრედების ტრანსფორმაციას გენეტიკურ დონეზე.

ამ მიმართულების პიონერებად ითვლებიან ედ ბოიდენი და კარლ თესოტი, რომლებმაც მუშაობა სტენფორდის უნივერსიტეტში დაიწყეს. მათი იდეა იყო ნეირონებზე მოქმედება მინიატურული სინათლის წყაროების გამოყენებით. ამისთვის უჯრედები, რა თქმა უნდა, უნდა გახდეს სინათლისადმი მგრძნობიარე.

ვინაიდან სინათლისადმი მგრძნობიარე ცილების - ოპსინების - ცალკეულ უჯრედებში გადანერგვის ფიზიკური მანიპულაციები თითქმის შეუძლებელია, მკვლევარები ვარაუდობდნენ … ნეირონების ვირუსით ინფიცირებას. სწორედ ეს ვირუსი შეიყვანს გენს, რომელიც სინთეზირებს სინათლისადმი მგრძნობიარე პროტეინს უჯრედების გენომში.

ამ ტექნოლოგიას აქვს რამდენიმე პოტენციური გამოყენება. ერთ-ერთი მათგანია დაზიანებული ბადურის მქონე თვალის მხედველობის ნაწილობრივი აღდგენა დანარჩენი არასინათლისმგრძნობიარე უჯრედებისთვის სინათლისადმი მგრძნობიარე თვისებების მინიჭებით (არსებობს წარმატებული ექსპერიმენტები ცხოველებზე). ინციდენტური შუქით გამოწვეული ელექტრული სიგნალების მიღებისას ტვინი მალე ისწავლის მათთან მუშაობას და მათ ინტერპრეტაციას, როგორც გამოსახულებას, თუმცა დაბალი ხარისხის.

კიდევ ერთი აპლიკაცია არის ნეირონებთან მუშაობა უშუალოდ ტვინში მინიატურული სინათლის გიდების გამოყენებით. ცხოველთა ტვინში სხვადასხვა ნეირონების გააქტიურებით სინათლის სხივის დახმარებით, შესაძლებელია მივაკვლიოთ რა ქცევით რეაქციებს იწვევს ეს ნეირონები. გარდა ამისა, ტვინში „მსუბუქ“ჩარევას შესაძლოა სამომავლოდ თერაპიული მნიშვნელობა ჰქონდეს.