Καλώς ήρθατε στις Υπηρεσίες Έρευνας και Στρατηγικής στο σημερινό γρήγορο ρυθμό.
Χρόνο με το χρόνο, ο ρυθμός των ανακαλύψεων της νευροεπιστήμης είναι συναρπαστικός και αμείλικτος. Από μικροεγκεφάλους που έχουν αναπτυχθεί στο εργαστήριο, μέχρι την 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 εμφανίζονται. Η βαθιά διέγερση του εγκεφάλου περιλαμβάνει την εμφύτευση ηλεκτροδίων μέσα στον εγκέφαλο για την παροχή ηλεκτρικών ρευμάτων για την αλλαγή της εγκεφαλικής δραστηριότητας.
Προηγούμενες μελέτες είχαν περιορισμένη επιτυχία για τη θεραπεία της κατάθλιψης με DBS επειδή οι συσκευές μπορούσαν να προσφέρουν σταθερή ηλεκτρική διέγερση μόνο σε μια περιοχή του εγκεφάλου. Ωστόσο, η κατάθλιψη μπορεί να επηρεάσει διάφορες περιοχές του εγκεφάλου και οι νευρικές υπογραφές της κατάθλιψης μπορεί να αυξηθούν και να μειωθούν απρόβλεπτα.
Με στόχο ουσιαστικά να δημιουργήσουν έναν βηματοδότη για τον εγκέφαλο, οι επιστήμονες αποκωδικοποίησαν έναν νέο νευρωνικό βιοδείκτη. Αυτό το συγκεκριμένο πρότυπο 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 αποκρίσεις είναι μοναδικές τόσο στον εγκέφαλο του ασθενούς όσο και στο νευρικό κύκλωμα που προκαλεί την ασθένεια. Στην πρώτη της δοκιμή, αυτή η προσαρμοσμένη μέθοδος DBS δοκιμάστηκε με έναν ασθενή που έπασχε από σοβαρή κατάθλιψη και πέρασε με μεγάλη επιτυχία. Σχεδόν αμέσως, τα συμπτώματα του ασθενούς μετριάστηκαν και αυτό συνέχισε να ισχύει μακροπρόθεσμα.
Στην εποχή του COVID, όπου το άγχος και τα προβλήματα ψυχικής υγείας γίνονται διαρκώς, αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να αποδειχθεί μια ανεκτίμητη θεραπεία χωρίς φάρμακα για εκατοντάδες εκατομμύρια ανθρώπους.
Παρόμοια με τα κύματα φωτός, οι άνθρωποι μπορούν να αντιληφθούν μόνο ένα σχετικά μικρό φάσμα των ηχητικών κυμάτων που ταξιδεύουν γύρω μας. Συνήθως μπορούμε να πιάσουμε μόνο συχνότητες μεταξύ 20 Hz και 20.000 Hz, πέρα από αυτό θεωρείται υπερήχων. Αυτό είναι το εύρος συχνοτήτων στο οποίο λειτουργούν ζώα όπως οι νυχτερίδες, καθώς και αυτό που χρησιμοποιείται σε υπερηχητικές ιατρικές σαρώσεις.
Μια νέα μέθοδος που χρησιμοποιεί εξελιγμένη τεχνολογία πρωτοστάτησε από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Aalto και οδήγησε σε μια συσκευή που βασικά δίνει στους ανθρώπους ακοή σε επίπεδο νυχτερίδας . Αυτό περιλαμβάνει όχι μόνο τη δυνατότητα ακρόασης συχνοτήτων πολύ πέρα από τα 20.000 Hz, αλλά και τη διάκριση της κατεύθυνσης και της απόστασης των πηγών ήχου. Για τους βιολόγους, για παράδειγμα, επιτρέπει στους ανθρώπους να παρακολουθούν κατά τα άλλα κρυφά νυχτερίδες κατά την πτήση και να εντοπίζουν τις θέσεις τους.
Λειτουργεί καταγράφοντας υπερήχους μέσω μιας σφαιρικής συστοιχίας μικροφώνου, η οποία ανιχνεύει ήχους υπερήχων και χρησιμοποιεί έναν υπολογιστή για να μεταφράσει τον τόνο σε ακουστικές συχνότητες. Στη συνέχεια, αναπαράγει τα μετατρεπόμενα ηχητικά κύματα μέσω ακουστικών σε πραγματικό χρόνο. Η δυνατότητα αντίληψης κανονικά μη ακουστών ήχων θα μπορούσε να έχει πολύτιμες βιομηχανικές εφαρμογές, για παράδειγμα να μπορείς να ακούς και να εντοπίζεις κατά τα άλλα αθόρυβες διαρροές αερίου.
Αν και η νευροεπιστήμη είναι ένας σχετικά νέος και ταχέως αναπτυσσόμενος τομέας της επιστήμης, η τεχνητή νοημοσύνη (AI) είναι και πολύ νεότερη και αναπτύσσεται ταχύτερα. Η δυνατότητα συνδυασμού αυτών των δύο πεδίων της επιστήμης έχει αποκαλυφθεί από ερευνητές στο MIT .
Χρησιμοποιώντας μηχανική μάθηση, ανακάλυψαν ότι τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα μπορούν να μάθουν μόνοι τους πώς να μυρίζουν μέσα σε λίγα λεπτά, μιμούμενοι στην πραγματικότητα τα οσφρητικά κυκλώματα στον εγκέφαλο των θηλαστικών. Αυτό είναι βαθύ γιατί ο αλγόριθμος που τέθηκε σε λειτουργία δεν είχε γνώση των εκατομμυρίων ετών εξέλιξης που απαιτούνταν για να αναπτυχθεί βιολογικά η όσφρηση.
Ωστόσο, εκπληκτικά, το τεχνητό νευρωνικό δίκτυο αναπαρήγαγε τη βιολογική δραστηριότητα της όσφρησης τόσο στενά 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 με ανεξάρτητη μηχανική μάθηση μπορεί να προαναγγέλλει μια νέα εποχή, όπου η τεχνητή νοημοσύνη μας διδάσκει τα εσωτερικά μυστικά της βιολογικής εξέλιξης. Η όσφρηση είναι το σημείο εκκίνησης το 2021, αλλά ποιος ξέρει πού μπορεί να οδηγήσει αυτό…
Ερευνητές στο UC San Francisco ανέπτυξαν ένα νέο είδος νευροπροσθετικής ομιλίας για ασθενείς με παράλυση που τους εμποδίζει να μιλούν. Η μέθοδος επιδείχθηκε με επιτυχία σε έναν άνδρα με σοβαρά κατεστραμμένο εγκεφαλικό στέλεχος, προκαλώντας παράλυση ολόκληρου του σώματος.
Κάπως εντυπωσιακά λειτουργεί ανιχνεύοντας εγκεφαλικά σήματα που σχετίζονται με την ομιλία που ελέγχουν τις φωνητικές χορδές. Όταν μιλάμε, οι φωνητικές χορδές απαιτούν πολύπλοκες οδηγίες κινητικής λειτουργίας προκειμένου να αρθρώσουν τη μεγάλη ποικιλία ήχων που χρησιμοποιούμε όταν συνομιλούμε. Ακόμη και όταν δεν μπορείτε να κινηθείτε, αυτά τα σήματα μπορούν ακόμα να σταλούν από τον εγκέφαλο.
Χρησιμοποιώντας εγκεφαλικές εγγραφές από ασθενείς με επιληψία, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια μέθοδο για την αποκωδικοποίηση σε πραγματικό χρόνο των οδηγιών στους φωνητικούς μύες, σε λέξεις. Από αυτά τα νευρωνικά μοτίβα, μπόρεσαν να διακρίνουν αξιόπιστα 50 διαφορετικές κοινές λέξεις όποτε ο ασθενής τις σκεφτόταν.
Το μόνο που χρειαζόταν ήταν ο ασθενής να φορέσει μια συστοιχία ηλεκτροδίων υψηλής πυκνότητας για να καταγράψει και να καταγράψει τη νευρική δραστηριότητα, η οποία κατέγραφε σήματα από τον κινητικό φλοιό της ομιλίας. Αυτό επέτρεψε τη μετάφραση έως και 18 λέξεων ανά λεπτό με ακρίβεια 93%. Το πλεονέκτημα για τον ασθενή ήταν ότι έπρεπε απλώς να συμπεριφέρεται σαν να μιλούσε πραγματικά και μπορούσε να επικοινωνήσει εκατοντάδες διαφορετικές προτάσεις από το λεξιλόγιο των 50 λέξεων.
Αν και αυτή η ανακάλυψη φαίνεται να περιορίζεται σε ασθενείς με παράλυση, παθαίνουμε παράλυση κάθε βράδυ όταν ονειρευόμαστε (εκτός αν κοιμόμαστε περπατώντας). Αν εξελιχθεί επαρκώς, αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε, για παράδειγμα, να ανοίξει το δρόμο για τη μετάφραση των ίδιων των σκέψεών μας όταν κοιμόμαστε!
Με την τεχνική ονομασία «οργανοειδή του 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 από τους επιστήμονες στο UCLA έχει εκτοξεύσει τη δομική πολυπλοκότητα με την ανάπτυξη συσσωματωμάτων οργανοειδών για να σχηματίσουν πολύπλοκες τρισδιάστατες δομές του εγκεφάλου. Οι ερευνητές πήραν βλαστοκύτταρα από ασθενείς με σύνδρομο Rett (μια κατάσταση με επιληπτικές κρίσεις) και μπόρεσαν να αναπτύξουν μίνι εγκεφάλους με λειτουργική δραστηριότητα παρόμοια με μέρη του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αυτό σήμαινε ότι ήταν σε θέση να παρατηρήσουν με ασφάλεια και με επιτυχία μοτίβα 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 μικροεγκέφαλοι μπορούν να αναπτυχθούν για να αναπαράγουν πτυχές τόσο των φυσιολογικών όσο και των νοσούντων εγκεφαλικών λειτουργιών, καθώς και για τη δοκιμή φαρμάκων και θεραπειών 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 δομών του εγκεφάλου που μπορούν να μελετηθούν, αλλά είναι σαφές ότι αυτός ο αναδυόμενος τομέας νευροεπιστήμης έχει δυνατότητες όπως η επιστημονική φαντασία.
Με την εκθετική αύξηση της υπολογιστικής ισχύος τις τελευταίες δεκαετίες, τα μικροτσίπ γίνονται ολοένα και μικρότερα κάθε χρόνο. Εστιασμένοι στην τεχνολογία νευροεπιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Μπράουν έχουν αναπτύξει τώρα έναν ασύρματο υπολογιστή τόσο μικρό που μπορεί εύκολα να χαθεί από το ανθρώπινο μάτι. Τα ονομαζόμενα «neurograins» - επειδή έχουν περίπου το μέγεθος ενός κόκκου αλατιού - αναπτύχθηκαν για να παρακολουθούν και να παρακολουθούν την εγκεφαλική δραστηριότητα.
Αυτοί οι εξαιρετικά μικροσκοπικοί υπολογιστές είναι σε θέση να καταγράφουν ηλεκτρική δραστηριότητα από κοντινούς νευρώνες και να μεταδίδουν τα δεδομένα τους ασύρματα. Ο στόχος ήταν να αναπτυχθεί ένας νέος τύπος συστήματος διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI), όπου ένα δίκτυο από μίνι-αισθητήρες μπορεί να παρακολουθεί συλλογικά σημαντικές πτυχές της εγκεφαλικής δραστηριότητας και να στέλνει τις πληροφορίες σε ένα κοντινό κόμβο.
Σε ένα πείραμα απόδειξης της ιδέας, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα δίκτυο για την επιτυχή καταγραφή της νευρικής δραστηριότητας ενός τρωκτικού με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι είχε επιτευχθεί στο παρελθόν. Αυτή η καταγραφή των εγκεφαλικών σημάτων με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια βρίσκεται ακόμα σε πρώιμα στάδια, αλλά η τεχνολογική ανακάλυψη υπόσχεται πολλά για τη δυνατότητα μετατροπής των εγκεφαλικών κυμάτων σε χρήσιμες ενέργειες του πραγματικού κόσμου χωρίς καμία σωματική προσπάθεια.
Φέτος, ένας νέος τύπος συστοιχίας μικροηλεκτροδίων χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία μιας μορφής τεχνητής όρασης μέσω μιας οπτικής πρόσθεσης. Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Γιούτα στο Οφθαλμικό Κέντρο John A. Moran κατασκεύασαν τη συσκευή για να καταγράφει και να διεγείρει τη νευρωνική δραστηριότητα εντός του οπτικού φλοιού.
Εμφυτευμένη μέσα στο μάτι, η συστοιχία λαμβάνει οπτικές πληροφορίες μέσω γυαλιών που περιέχουν μια μικρή βιντεοκάμερα, με τα δεδομένα να επεξεργάζονται από εξειδικευμένο λογισμικό. Στη συνέχεια, η συσκευή ενεργοποιεί τους νευρώνες του αμφιβληστροειδούς για να παράγουν φωσφαίνια, σαν να δέχονται σημεία φωτός. Επιτρέποντας με τη σειρά του να γίνουν αντιληπτές από το μυαλό βασικές εικόνες γραμμών και σχημάτων.
Δοκιμασμένη με έναν εντελώς τυφλό ασθενή, αυτή η μέθοδος αποδείχθηκε αποτελεσματική και δεν περιείχε επιπλοκές από τη χειρουργική επέμβαση ή τη νευρωνική διέγερση. Σε αυτήν την πρώτη δοκιμή, χρησιμοποιήθηκε μόνο ένας πίνακας. Ωστόσο, ο επόμενος στόχος είναι η χρήση 7 έως 10 συστοιχιών για την παροχή πιο λεπτομερών εικόνων που θα επιτρέψουν στους τυφλούς να περιηγηθούν πραγματικά στον κόσμο οπτικά.
Μια νέα κατηγορία «χορευτικών μορίων» εφαρμόστηκε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Northwestern για την επιδιόρθωση ιστών σε σοβαρούς τραυματισμούς του νωτιαίου μυελού και την επιτυχή αναστροφή της παράλυσης . Το χορευτικό μέρος περιλαμβάνει τον χειρισμό της κίνησης αυτών των μορίων ώστε να μπορούν να κινηθούν σε φυσιολογικά αδύνατο να φτάσουν σε κυτταρικούς υποδοχείς, προκειμένου να τους ωθήσουν να μπουν σε εξοπλισμό που επισκευάζει τους νευρικούς ιστούς.
Αυτά τα φαινομενικά μαγικά μόρια λειτουργούν ενεργοποιώντας κλιμακωτά σήματα, ενεργοποιώντας τους άξονες να αναγεννηθούν και βοηθώντας τους νευρώνες να επιβιώσουν μετά από τραυματισμό, ενθαρρύνοντας μια ποικιλία νέων τύπων κυττάρων να γεννηθούν. Αυτό με τη σειρά του υποστηρίζει την εκ νέου ανάπτυξη των χαμένων αιμοφόρων αγγείων που είναι απαραίτητα για την κυτταρική επούλωση.
Δοκιμασμένο σε ποντίκια, μόνο μία ένεση της μοριακής θεραπείας οδήγησε στα παράλυτα ποντίκια να μπορέσουν να περπατήσουν ξανά σε λιγότερο από τέσσερις εβδομάδες. Κάπως βολικά, 12 εβδομάδες αργότερα (πολύ μετά την ολοκλήρωση της ανάρρωσης), τα υλικά βιοδιασπώνται σε θρεπτικά συστατικά για τα κύτταρα χωρίς παρενέργειες, εξαφανίζονται ουσιαστικά από το σώμα φυσικά.
Η εικονική πραγματικότητα (VR) έχει χρησιμοποιηθεί από ψυχοφυσικούς εδώ και δεκαετίες για να διερευνήσει πώς αντιλαμβανόμαστε τις αισθητηριακές πληροφορίες. Φέτος, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βασιλείας, το παλαιότερο πανεπιστήμιο στην Ελβετία, ανέπτυξαν μια εφαρμογή εικονικής πραγματικότητας για να θεραπεύσει πραγματικά τις υψοφοβίες .
Ονομάζεται Easyheights , το συμβατό λογισμικό με smartphone παρέχει θεραπεία έκθεσης χρησιμοποιώντας εικόνες 360° πραγματικών τοποθεσιών. Φορώντας ένα ακουστικό VR, οι χρήστες στέκονται σε μια πλατφόρμα που ξεκινά ένα μέτρο πάνω από το έδαφος και στη συνέχεια ανεβαίνει σταδιακά καθώς οι χρήστες εγκλιματίζονται σε κάθε στάδιο ύψους. Λειτουργεί αυξάνοντας την αισθητηριακή έκθεση στο ύψος χωρίς να αυξάνει το επίπεδο φόβου.
Μια κλινική δοκιμή έδειξε την αποτελεσματικότητα αυτής της εμβυθιστικής μορφής θεραπείας, προκαλώντας σημαντικές μειώσεις στη φοβία σε καταστάσεις πραγματικού ύψους. Τα οφέλη ήταν έμπειρα 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 ήρθατε στις Υπηρεσίες Έρευνας και Στρατηγικής στο σημερινό γρήγορο ρυθμό.
Εδώ είναι μερικά συναρπαστικά ευρήματα της νευροεπιστήμης για τον ανθρώπινο εγκέφαλο που ίσως δεν γνωρίζετε.
Μια ποικιλία ερευνητικών προσεγγίσεων NeuroTracker οδήγησε σε μερικές συναρπαστικές ιδέες για το πώς ο εγκέφαλος επηρεάζει την ανθρώπινη απόδοση και ευεξία
Λάβετε μια επισκόπηση των δοκιμών που έχουν σχεδιαστεί για να αποκωδικοποιούν τον τρόπο λειτουργίας της φαιάς ουσίας σας.
Το #1 πιο επιστημονικά επικυρωμένο σύστημα γνωσιακής εκπαίδευσης στον κόσμο. Βασισμένο σε 20 χρόνια έρευνας νευροεπιστήμης από κορυφαίες αρχές στους τομείς τους. Βελτιώστε τον εγκέφαλο και την απόδοσή σας.
