Καλώς ορίσατε στις Υπηρεσίες Έρευνας και Στρατηγικής στους σημερινούς γρήγορους ρυθμούς.
Χρόνο με το χρόνο, ο ρυθμός των ανακαλύψεων στη νευροεπιστήμη είναι συναρπαστικός και αδιάκοπος. Από μικρο-εγκέφαλους που καλλιεργούνται σε εργαστήριο μέχρι τεχνητή νοημοσύνη που αποκαλύπτει εξελικτικά μυστικά του ανθρώπινου εγκεφάλου, απολαύστε αυτές τις 7 από τις πιο εκπληκτικές ανακαλύψεις του 2021.
Μια ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο ανέπτυξε με επιτυχία μια μέθοδο που χρησιμοποιεί βαθιά εγκεφαλική διέγερση (DBS) για την προσαρμοστική αντιμετώπιση των καταθλιπτικών συμπτωμάτων μόνο όταν αυτά εμφανίζονται. Η βαθιά εγκεφαλική διέγερση περιλαμβάνει την εμφύτευση ηλεκτροδίων στον εγκέφαλο για την παροχή ηλεκτρικών ρευμάτων που τροποποιούν την εγκεφαλική δραστηριότητα.
Προηγούμενες μελέτες είχαν περιορισμένη επιτυχία στη θεραπεία της κατάθλιψης με DBS, επειδή οι συσκευές μπορούσαν να παρέχουν συνεχή ηλεκτρική διέγερση μόνο σε μία περιοχή του εγκεφάλου. Ωστόσο, η κατάθλιψη μπορεί να επηρεάσει διάφορες περιοχές του εγκεφάλου και οι νευρωνικές υπογραφές της κατάθλιψης μπορούν να αυξομειώνονται απρόβλεπτα.
Με στόχο ουσιαστικά τη δημιουργία ενός βηματοδότη για τον εγκέφαλο, οι επιστήμονες αποκωδικοποίησαν έναν νέο νευρωνικό βιοδείκτη. Αυτό το συγκεκριμένο μοτίβο εγκεφαλικής δραστηριότητας προβλέπει αποτελεσματικά την έναρξη των συμπτωμάτων. Με αυτή τη γνώση, η ομάδα προσάρμοσε μια νέα τεχνολογία DBS που ενεργοποιείται μόνο όταν και όπου αναγνωρίζει αυτό το μοτίβο.
Ο τύπος της αυτόματης θεραπείας κατ' απαίτηση είναι εντυπωσιακός, επειδή οι λειτουργικές της αντιδράσεις είναι μοναδικές τόσο για τον εγκέφαλο του ασθενούς όσο και για το νευρικό κύκλωμα που προκαλεί την ασθένεια. Στην πρώτη της δοκιμή, αυτή η προσαρμοσμένη μέθοδος DBS δοκιμάστηκε σε έναν ασθενή που έπασχε από σοβαρή κατάθλιψη και πέρασε με επιτυχία. Σχεδόν αμέσως, τα συμπτώματα του ασθενούς μετριάστηκαν και αυτό συνέχισε να ισχύει μακροπρόθεσμα.
Στην εποχή της COVID-19, όπου το άγχος και τα προβλήματα ψυχικής υγείας γίνονται όλο και πιο έντονα, αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να αποδειχθεί μια ανεκτίμητη θεραπεία χωρίς φάρμακα για εκατοντάδες εκατομμύρια ανθρώπους.
Όπως και με τα φωτεινά κύματα, οι άνθρωποι μπορούν να αντιληφθούν μόνο ένα σχετικά μικρό φάσμα των ηχητικών κυμάτων που ταξιδεύουν γύρω μας. Συνήθως μπορούμε να αντιληφθούμε μόνο συχνότητες μεταξύ 20 Hz και 20.000 Hz, πέρα από αυτό το εύρος θεωρείται υπερηχητικό. Αυτή είναι η περιοχή συχνοτήτων στην οποία λειτουργούν ζώα όπως οι νυχτερίδες, και επίσης αυτό που χρησιμοποιείται στις ιατρικές υπερηχογραφήσεις.
Μια νέα μέθοδος που χρησιμοποιεί εξελιγμένη τεχνολογία αναπτύχθηκε από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Aalto και οδήγησε σε μια συσκευή που ουσιαστικά δίνει στους ανθρώπους ακοή στο επίπεδο των νυχτερίδων. Αυτό περιλαμβάνει όχι μόνο την ικανότητα να ακούν συχνότητες πολύ πέραν των 20.000 Hz, αλλά και να διακρίνουν την κατεύθυνση και την απόσταση των πηγών ήχου. Για τους βιολόγους, για παράδειγμα, επιτρέπει στους ανθρώπους να παρακολουθούν νυχτερίδες που κατά τα άλλα ήταν αθόρυβες εν πτήσει και να εντοπίζουν τις θέσεις τους.
Λειτουργεί καταγράφοντας υπερήχους μέσω μιας σφαιρικής διάταξης μικροφώνων, η οποία ανιχνεύει υπερηχητικούς ήχους και χρησιμοποιεί έναν υπολογιστή για να μεταφράσει το ύψος του ήχου σε ακουστικές συχνότητες. Στη συνέχεια, αναπαράγει τα μετατρεπόμενα ηχητικά κύματα μέσω ακουστικών σε πραγματικό χρόνο. Η δυνατότητα αντίληψης ήχων που κανονικά δεν ακούγονται θα μπορούσε να έχει πολύτιμες βιομηχανικές εφαρμογές, για παράδειγμα, η δυνατότητα ακρόασης και εντοπισμού διαρροών αερίου που κατά τα άλλα είναι αθόρυβες.
Αν και η νευροεπιστήμη είναι ένας σχετικά νέος και ταχέως αναπτυσσόμενος επιστημονικός τομέας, η τεχνητή νοημοσύνη (ΤΝ) είναι πολύ νεότερη και αναπτύσσεται ταχύτερα. Οι δυνατότητες συνδυασμού αυτών των δύο επιστημονικών πεδίων έχουν αποκαλυφθεί από ερευνητές του MIT.
Χρησιμοποιώντας μηχανική μάθηση, ανακάλυψαν ότι τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα μπορούν να μάθουν μόνα τους πώς να μυρίζουν μέσα σε λίγα μόνο λεπτά, μιμούμενα στην πραγματικότητα τα οσφρητικά κυκλώματα στους εγκεφάλους των θηλαστικών. Αυτό είναι σημαντικό, επειδή ο αλγόριθμος που τέθηκε σε λειτουργία δεν είχε γνώση της εξέλιξης εκατομμυρίων ετών που απαιτείται για την ανάπτυξη της όσφρησης βιολογικά.
Ωστόσο, παραδόξως, το τεχνητό νευρωνικό δίκτυο αναπαρήγαγε τη βιολογική δραστηριότητα της όσφρησης τόσο πιστά που αποκάλυψε ότι το οσφρητικό δίκτυο του εγκεφάλου είναι μαθηματικά βελτιστοποιημένο για τη λειτουργία του.
Αυτή η ακριβής μίμηση της φυσικής δομής των κυκλωμάτων στον εγκέφαλο μέσω ανεξάρτητης μηχανικής μάθησης μπορεί να προαναγγείλει μια νέα εποχή, όπου η Τεχνητή Νοημοσύνη μας διδάσκει τα εσωτερικά μυστικά της βιολογικής εξέλιξης. Η αίσθηση της όσφρησης είναι το σημείο εκκίνησης το 2021, αλλά ποιος ξέρει πού θα μπορούσε να οδηγήσει αυτό..
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο ανέπτυξαν ένα νέο είδος νευροπρόθεσης ομιλίας για ασθενείς με παράλυση, η οποία τους εμποδίζει να μιλήσουν. Η μέθοδος αποδείχθηκε με επιτυχία σε έναν άνδρα με σοβαρά κατεστραμμένο εγκεφαλικό στέλεχος, προκαλώντας παράλυση ολόκληρου του σώματος.
Είναι κάπως αξιοσημείωτο ότι λειτουργεί ανιχνεύοντας σήματα του εγκεφάλου που σχετίζονται με την ομιλία και ελέγχουν τις φωνητικές χορδές. Όταν μιλάμε, οι φωνητικές χορδές απαιτούν σύνθετες οδηγίες κινητικής λειτουργίας για να αρθρώσουν την μεγάλη ποικιλία ήχων που χρησιμοποιούμε όταν συνομιλούμε. Ακόμα και όταν δεν μπορούμε να κινηθούμε, αυτά τα σήματα μπορούν να σταλούν από τον εγκέφαλο.
Χρησιμοποιώντας ηχογραφήσεις εγκεφάλου από ασθενείς με επιληψία, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια μέθοδο για την αποκωδικοποίηση σε πραγματικό χρόνο οδηγιών προς τους φωνητικούς μύες, σε λέξεις. Από αυτά τα νευρωνικά μοτίβα, ήταν σε θέση να διακρίνουν με αξιοπιστία 50 διαφορετικές κοινές λέξεις όποτε τις σκεφτόταν ο ασθενής.
Το μόνο που απαιτούνταν ήταν ο ασθενής να φοράει μια συστοιχία ηλεκτροδίων υψηλής πυκνότητας για να καταγράφει τη νευρωνική δραστηριότητα, η οποία κατέγραφε σήματα από τον κινητικό φλοιό της ομιλίας. Αυτό επέτρεπε τη μετάφραση έως και 18 λέξεων ανά λεπτό με ακρίβεια 93%. Το πλεονέκτημα για τον ασθενή ήταν ότι απλώς έπρεπε να ενεργεί σαν να μιλούσε πραγματικά και μπορούσε να μεταφράσει εκατοντάδες διαφορετικές προτάσεις από το λεξιλόγιο των 50 λέξεων.
Αν και αυτή η ανακάλυψη φαίνεται να περιορίζεται σε παράλυτους ασθενείς, υφιστάμεθα παράλυση κάθε βράδυ όταν ονειρευόμαστε (εκτός αν κοιμόμαστε). Αν εξελιχθεί επαρκώς, αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε, για παράδειγμα, να ανοίξει το δρόμο για τη μετάφραση των ίδιων των σκέψεών μας ενώ κοιμόμαστε!
Τεχνικά ονομαζόμενοι «οργανοειδή εγκεφάλου», οι μίνι-εγκέφαλοι μπορούν να αναπτυχθούν από επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα. Αυτά τα βλαστοκύτταρα μπορούν να ληφθούν από το δέρμα ή το αίμα ενός ατόμου και έχουν τη δυνατότητα να μεταμορφωθούν σε οποιοδήποτε τύπο κυττάρων. Το πλεονέκτημα είναι ότι οι κυτταρικές δομές που συνήθως είναι πολύ δύσκολο να προσπελαστούν, μπορούν κατ' αρχήν να αναπτυχθούν και να απομονωθούν για μελέτη. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τον εγκέφαλο, ωστόσο οι προηγούμενοι μίνι-εγκέφαλοι είχαν περιορισμένες λειτουργικές δομές.
Η φετινή ανακάλυψη επιστημόνων του UCLA εκτόξευσε την δομική πολυπλοκότητα, αναπτύσσοντας συσσωματώματα οργανοειδών για να σχηματίσουν πολύπλοκες τρισδιάστατες δομές του εγκεφάλου. Οι ερευνητές έλαβαν βλαστοκύτταρα από ασθενείς με σύνδρομο Rett (μια πάθηση που συνοδεύεται από επιληπτικές κρίσεις) και κατάφεραν να αναπτύξουν μίνι-εγκεφάλους με λειτουργική δραστηριότητα παρόμοια με μέρη του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αυτό σήμαινε ότι ήταν σε θέση να παρατηρήσουν με ασφάλεια και επιτυχία πρότυπα ηλεκτρικής δραστηριότητας που μοιάζουν με την έναρξη των επιληπτικών κρίσεων.
Αυτή η έρευνα δείχνει για πρώτη φορά ότι ορισμένες πτυχές της λειτουργίας του εγκεφάλου μπορούν να απομονωθούν και να μελετηθούν στο εργαστήριο μέχρι το επίπεδο των μεμονωμένων ζωντανών κυττάρων. Το βασικό πλεονέκτημα είναι ότι αυτοί οι μίνι-εγκέφαλοι μπορούν να αναπτυχθούν για να αναπαράγουν πτυχές τόσο των φυσιολογικών όσο και των νοσούντων λειτουργιών του εγκεφάλου, καθώς και για να δοκιμάσουν φάρμακα και θεραπείες χωρίς κινδύνους για τον άνθρωπο ή τα ζώα.
Η κλίμακα του ανθρώπινου εγκεφάλου είναι τεράστια, επομένως εξακολουθούν να υπάρχουν σαφείς περιορισμοί όσον αφορά την πολυπλοκότητα των εγκεφαλικών δομών που μπορούν να μελετηθούν, αλλά σαφώς αυτός ο αναδυόμενος τομέας της νευροεπιστήμης έχει δυνατότητες επιστημονικής φαντασίας.
Με την εκθετική αύξηση της υπολογιστικής ισχύος τις τελευταίες δεκαετίες, τα μικροτσίπ γίνονται ολοένα και μικρότερα κάθε χρόνο. Νευροεπιστήμονες του Πανεπιστημίου Μπράουν, , ανέπτυξαν έναν ασύρματο υπολογιστή τόσο μικρό που μπορεί εύκολα να μην τον προσέξει το ανθρώπινο μάτι. Οι μικροκόκκοι, που ονομάστηκαν «νευροκόκκοι» - επειδή έχουν περίπου το μέγεθος ενός κόκκου αλατιού - αναπτύχθηκαν για την παρακολούθηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας.
Αυτοί οι εξαιρετικά μικροσκοπικοί υπολογιστές είναι σε θέση να καταγράφουν την ηλεκτρική δραστηριότητα από κοντινούς νευρώνες και να μεταδίδουν τα δεδομένα τους ασύρματα. Ο στόχος ήταν να αναπτυχθεί ένα νέο είδος συστήματος διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI), όπου ένα δίκτυο μίνι αισθητήρων μπορεί να παρακολουθεί συλλογικά σημαντικές πτυχές της εγκεφαλικής δραστηριότητας και να στέλνει τις πληροφορίες σε έναν κοντινό κόμβο.
Σε ένα πείραμα απόδειξης της ιδέας, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα δίκτυο για να καταγράψουν με επιτυχία τη νευρωνική δραστηριότητα ενός τρωκτικού με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από ποτέ. Αυτή η καταγραφή εγκεφαλικών σημάτων με πρωτοφανή λεπτομέρεια βρίσκεται ακόμη στα αρχικά της στάδια, αλλά η τεχνολογική ανακάλυψη υπόσχεται πολλά για τη δυνατότητα μετατροπής των εγκεφαλικών κυμάτων σε χρήσιμες πράξεις του πραγματικού κόσμου χωρίς καμία σωματική προσπάθεια.
Φέτος, ένας νέος τύπος συστοιχίας μικροηλεκτροδίων χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία μιας μορφής τεχνητής όρασης μέσω οπτικής πρόθεσης. Επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Γιούτα στο Οφθαλμολογικό Κέντρο John A. Moran κατασκεύασαν τη συσκευή για να καταγράφει και να διεγείρει τη νευρωνική δραστηριότητα εντός του οπτικού φλοιού.
Εμφυτευμένη στο μάτι, η διάταξη λαμβάνει οπτικές πληροφορίες μέσω γυαλιών που περιέχουν μια μικρή βιντεοκάμερα, με τα δεδομένα να υποβάλλονται σε επεξεργασία από εξειδικευμένο λογισμικό. Στη συνέχεια, η συσκευή ενεργοποιεί τους νευρώνες του αμφιβληστροειδούς για να παράγουν φωτοψίες, σαν να δέχονται σημεία φωτός. Με τη σειρά τους, επιτρέπει την αντίληψη βασικών εικόνων γραμμών και σχημάτων από το μυαλό.
Δοκιμασμένη σε έναν εντελώς τυφλό ασθενή, αυτή η μέθοδος αποδείχθηκε αποτελεσματική και δεν παρουσίασε επιπλοκές από την χειρουργική επέμβαση ή τη νευρωνική διέγερση. Σε αυτή την πρώτη δοκιμή, χρησιμοποιήθηκε μόνο μία συστοιχία. Ωστόσο, ο επόμενος στόχος είναι να χρησιμοποιηθούν 7 έως 10 συστοιχίες για την παροχή πιο λεπτομερών εικόνων που θα επιτρέψουν στους τυφλούς να πλοηγούνται οπτικά στον κόσμο.
Μια νέα κατηγορία «χορευτικών μορίων» εφαρμόστηκε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Northwestern για την επιδιόρθωση ιστών σε σοβαρούς τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού και την επιτυχή αντιστροφή της παράλυσης. Το χορευτικό κομμάτι περιλαμβάνει τον χειρισμό της κίνησης αυτών των μορίων έτσι ώστε να μπορούν να κινηθούν προς τους κυτταρικούς υποδοχείς που είναι συνήθως αδύνατο να προσεγγιστούν, προκειμένου να ενεργοποιηθούν για την επιδιόρθωση των νευρικών ιστών.
Αυτά τα φαινομενικά μαγικά μόρια λειτουργούν ενεργοποιώντας σήματα που διαδέχονται αλυσίδες, ενεργοποιώντας τους νευράξονες να αναγεννηθούν και βοηθώντας τους νευρώνες να επιβιώσουν μετά από τραυματισμό, ενθαρρύνοντας τη γέννηση μιας ποικιλίας νέων τύπων κυττάρων. Αυτό με τη σειρά του υποστηρίζει την αναγέννηση των χαμένων αιμοφόρων αγγείων που είναι απαραίτητα για την κυτταρική επούλωση.
Δοκιμασμένο σε ποντίκια, μόνο μία ένεση της μοριακής θεραπείας οδήγησε τα παράλυτα ποντίκια να μπορούν να περπατήσουν ξανά σε λιγότερο από τέσσερις εβδομάδες. Κάπως εύκολα, 12 εβδομάδες αργότερα (πολύ μετά την ολοκλήρωση της ανάρρωση), τα υλικά βιοδιασπώνται σε θρεπτικά συστατικά για τα κύτταρα χωρίς παρενέργειες, εξαφανιζόμενα ουσιαστικά από το σώμα με φυσικό τρόπο.
Η Εικονική Πραγματικότητα (VR) χρησιμοποιείται από ψυχοφυσικούς εδώ και δεκαετίες για να διερευνήσουν πώς αντιλαμβανόμαστε τις αισθητηριακές πληροφορίες. Φέτος, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βασιλείας, το παλαιότερο πανεπιστήμιο στην Ελβετία, ανέπτυξαν μια εφαρμογή εικονικής πραγματικότητας για την αντιμετώπιση των υψοφοβιών.
Με την ονομασία Easyheights, το λογισμικό συμβατό με smartphone παρέχει θεραπεία έκθεσης χρησιμοποιώντας εικόνες 360° πραγματικών τοποθεσιών. Φορώντας ένα σετ μικροφώνου-ακουστικών εικονικής πραγματικότητας (VR), οι χρήστες στέκονται σε μια πλατφόρμα που ξεκινά ένα μέτρο πάνω από το έδαφος και στη συνέχεια ανεβαίνει προοδευτικά καθώς οι χρήστες εγκλιματίζονται σε κάθε στάδιο ύψους. Λειτουργεί αυξάνοντας την αισθητηριακή έκθεση στο ύψος χωρίς να αυξάνεται το επίπεδο φόβου.
Μια κλινική δοκιμή κατέδειξε την αποτελεσματικότητα αυτής της εμβυθιστικής μορφής θεραπείας, προκαλώντας σημαντική μείωση της φοβίας σε πραγματικές καταστάσεις ύψους. Τα οφέλη έγιναν αισθητά με μόλις τέσσερις ώρες εκπαίδευσης στο σπίτι. Αυτή η ανακάλυψη δείχνει πώς ο συνδυασμός της γνώσης της νευροεπιστήμης με τις σημερινές τεχνολογίες μπορεί να βελτιώσει κλινικά την ποιότητα ζωής των ανθρώπων με τρόπους που είναι εύκολα προσβάσιμοι.
Καλώς ορίσατε στις Υπηρεσίες Έρευνας και Στρατηγικής στους σημερινούς γρήγορους ρυθμούς.
Μια τεκμηριωμένη συζήτηση σχετικά με το κατά πόσον δραστηριότητες όπως τα σταυρόλεξα και το Sudoku βελτιώνουν ουσιαστικά την υγεία του εγκεφάλου, διευκρινίζοντας τι υποστηρίζουν, τι όχι και γιατί τα οφέλη συχνά παρερμηνεύονται.
Δείτε αυτές τις εξαιρετικές πληροφορίες σχετικά με τον ρόλο της νευροεπιστήμης στην αθλητική απόδοση.
Μάθετε για την αξιοσημείωτη νευροπλαστικότητα του εγκεφάλου σας.
NeuroTracker είναι ένα από τα πιο ευρέως ερευνημένα συστήματα γνωστικής εκπαίδευσης, που χρησιμοποιείται σε αθλήματα υψηλού επιπέδου, στρατιωτικούς και σε περιβάλλοντα ανθρώπινης απόδοσης παγκοσμίως. Βασισμένο σε 20 χρόνια έρευνας στη νευροεπιστήμη.
.png)