Καλώς ορίσατε στις Υπηρεσίες Έρευνας και Στρατηγικής στους σημερινούς γρήγορους ρυθμούς.
Με τις σημαντικές ανακαλύψεις να σημειώνονται ταχύτερα από οποιονδήποτε άλλο επιστημονικό τομέα, πολλά έχουν συμβεί στη νευροεπιστήμη τα τελευταία χρόνια. Ακολουθούν 22 πραγματικά εκπληκτικές μελέτες νευροεπιστημών που αμφισβητούν τις προκαταλήψεις μας για το ποιοι είμαστε ή ποιοι θα μπορούσαμε να είμαστε.
Νωρίτερα φέτος, επιστήμονες του MIT ανέπτυξαν μια νέα τεχνική για να συνδυάσουν τη δομική χαρτογράφηση (ανατομία του εγκεφάλου) με τη λειτουργική χαρτογράφηση (πώς συμπεριφέρεται ο εγκέφαλος) - η πρώτη φορά που αυτό επιτεύχθηκε σωστά. Επιπλέον, αυτό έγινε σε ζωντανά ποντίκια, με τη χαρτογράφηση να πραγματοποιείται σε περιοχές του εγκεφάλου ποντικών σε πραγματικό χρόνο. Αυτό το βίντεο δίνει μια ιδέα για το πόσο συναρπαστικό είναι να βλέπεις τη σύνδεση των δομών του εγκεφάλου και της ζωντανής δραστηριότητας να αλλάζει ως απόκριση στην προβολή διαφορετικών εικόνων σε ένα ποντίκι.
Η τεχνική vanguard συνδυάζει μικροσκοπία τριών φωτονίων τρίτης αρμονικής γενιάς (THG) με χαρτογράφηση αμφιβληστροειδούς, επιτρέποντας την παρατήρηση της δραστηριότητας μέσω του βαθύ εγκεφαλικού ιστού μέσω ηλεκτρικών υπογραφών.
Προσφέρει επίσης εκπληκτική ανάλυση, επιτρέποντας τη μελέτη μεμονωμένων νευρώνων και των υποδομών τους, καθώς και λεπτών αιμοφόρων αγγείων και μυελίνης - ενός είδους μονωτή που είναι γνωστό ότι αποτελεί κρίσιμο παράγοντα στην ταχύτητα επεξεργασίας του εγκεφάλου.
Αυτή η μελέτη επικεντρώθηκε στα οπτικά κέντρα του εγκεφάλου, αλλά η ίδια μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη άλλων περιοχών. Υπόσχεται να αποτελέσει ένα ισχυρό εργαλείο για την κατανόηση των διαφορών στις υγιείς και νοσούντες εγκεφαλικές καταστάσεις, καθώς και του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλος ανταποκρίνεται στα περιβαλλοντικά ερεθίσματα.
Το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ σημείωσε μια σημαντική ανακάλυψη με μια νέα τεχνική διεστιακής μικροσκοπίας που ονομάζεται COSMOS . Η εργασία τους κατέγραψε ταινίες νευρωνικής δραστηριότητας σε ολόκληρο τον εγκεφαλικό φλοιό ενός εγκεφάλου ποντικού.
Αυτά τα σήματα καταγράφηκαν ουσιαστικά με βιντεοσκόπηση του εγκεφάλου από τρεις διαφορετικές γωνίες και στη συνέχεια με υπολογιστική εξαγωγή σημάτων για την παροχή ενός ζωντανού βίντεο μακροσκοπικής δραστηριότητας στο αριστερό και το δεξί ημισφαίριο. Ακολουθεί ένα δείγμα όπου βλέπετε κυριολεκτικά την αξιοσημείωτη ηλεκτρική καταιγίδα ενός πραγματικού εγκεφάλου σε δράση.
Καθώς ο φλοιός χειρίζεται σύνθετες γνωστικές λειτουργίες υψηλότερου επιπέδου, πιο μυστηριώδεις συμπεριφορές, όπως οι διαδικασίες λήψης αποφάσεων, μπορούν πλέον να αρχίσουν να αποκαλύπτονται με έναν σφαιρικό τρόπο. Για παράδειγμα, για την κατανόηση της σχέσης των αποφάσεων που εξαρτώνται από την αισθητηριακή αντίληψη και την κινητική λειτουργία (σκεφτείτε τι εμπλέκεται στην απόφαση για το ποιος τρόπος να αποφύγετε ένα αυτοκίνητο που έρχεται από την αντίθετη κατεύθυνση).
Οι ερευνητές αναμένουν επίσης ότι το COSMOS θα αποτελέσει μια οικονομική μέθοδο για τον έλεγχο των επιδράσεων των ψυχιατρικών φαρμάκων, ώστε να μπορούν να αναπτυχθούν ώστε να είναι πιο λειτουργικά αποτελεσματικά.
Όπως έχουμε καλύψει σε προηγούμενο ιστολόγιο, μια σημαντική ανακάλυψη για Deep Mind ήρθε μέσω της μίμησης των νεοφλοιωδών στηλών του ανθρώπινου νου. Αυτό οδήγησε σε σημαντικά αυξημένη νοημοσύνη χρησιμοποιώντας ένα κλάσμα της υπολογιστικής ισχύος. Ως αποτέλεσμα, αυτή η τεχνητή νοημοσύνη, που βασίζεται σε ανθρώπινα μοντέλα, έχει πλέον ξεπεράσει τους καλύτερους παίκτες σκακιού, Go και eSports στον κόσμο στα δικά τους παιχνίδια.
Αν και δεν είναι πλήρως κατανοητός, ο ύπνος παρέχει μια κρίσιμη λειτουργία για τον εγκέφαλο των θηλαστικών και των ανθρώπων, με σοβαρά προβλήματα να εμφανίζονται κάθε φορά που στέρηση ύπνου . Φέτος, το Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος ανακάλυψε ότι τα αυξανόμενα υπολογιστικά δίκτυα των συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης υποφέρουν επίσης από ένα είδος στέρησης ύπνου, καθίστανται ασταθή όταν εκτελούνται για μεγάλα χρονικά διαστήματα χωρίς ανάπαυση. Ωστόσο, όταν τίθενται σε μια κατάσταση δικτύου παρόμοια με τα εγκεφαλικά κύματα που βιώνουμε κατά τη διάρκεια του ύπνου, αποκαθίσταται η βέλτιστη απόδοση.
Αυτό μπορεί να μην ακούγεται και τόσο σπουδαίο, αλλά οι εξελίξεις στην Τεχνητή Νοημοσύνη είναι πιθανό να μεταμορφώσουν τον τρόπο που ζούμε όλοι. Τα ευρήματα υποδηλώνουν επίσης ότι η συγχώνευση των επιστημονικών κλάδων της νευροεπιστήμης και του τομέα της Τεχνητής Νοημοσύνης θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα εποχή υπερ-έξυπνων υπολογιστών.
Μια μικροσκοπική συσκευή εγκεφάλου χρησιμοποιήθηκε για τη βελτίωση της ποιότητας ζωής ασθενών με σοβαρή παράλυση των άνω άκρων που προκαλείται από νόσο των κινητικών νευρώνων. Αυτή η δοκιμή, εμφύτευσε τη νέα μικροτεχνολογία στους εγκεφάλους των συμμετεχόντων.
Η συσκευή που ονομάζεται Stentrode™ εισήχθη μέσω χειρουργικής επέμβασης κλειδαρότρυπας στον λαιμό και από εκεί μεταφέρθηκε στον κινητικό φλοιό μέσω αιμοφόρων αγγείων. Αυτή η ελάχιστα επεμβατική μέθοδος αποφεύγει τους σχετικούς κινδύνους και τις επιπλοκές ανάρρωσης της ανοιχτής χειρουργικής επέμβασης στον εγκέφαλο.
Το εμφύτευμα χρησιμοποιεί ασύρματη τεχνολογία για να μεταδίδει συγκεκριμένη νευρωνική δραστηριότητα σε έναν υπολογιστή, όπου μετατρέπεται σε ενέργειες με βάση τις προθέσεις των ασθενών. Παραδόξως, αυτό το μικροσκοπικό τσιπ επέτρεπε στους ασθενείς να εκτελούν ενέργειες όπως κλικ και ζουμ, και να γράφουν με ακρίβεια 93%, βοηθώντας τους να κάνουν πράγματα που εμείς θεωρούμε δεδομένα, όπως μηνύματα κειμένου, email και ηλεκτρονικές αγορές.
Είναι ακόμη πολύ νωρίς, αλλά η ελάχιστα επεμβατική φύση της θεραπείας δείχνει τις μεγάλες δυνατότητες των μικρονευροτεχνολογιών να βοηθήσουν άτομα με κάθε είδους γνωστικές διαταραχές.
Το 2018 αναφέραμε ότι οι επιστήμονες έμαθαν πώς να επαναπρογραμματίζουν τα βλαστοκύτταρα σε συγκεκριμένους νευρώνες. Φέτος, ερευνητές από τέσσερα διαφορετικά πανεπιστήμια των ΗΠΑ έκαναν ένα μεγαλύτερο βήμα προς το ιερό δισκοπότηρο της παράτασης της ζωής. Εντοπίζοντας δίκτυα γονιδίων που ρυθμίζουν την κυτταρική αναγέννηση, μπόρεσαν να χειραγωγήσουν τα φυσιολογικά κύτταρα ώστε να μετατραπούν σε προγονικά κύτταρα, τα οποία μπορούν να μεταμορφωθούν σε οποιοδήποτε τύπο κυττάρου για να αντικαταστήσουν τα θνησιγόνατα κύτταρα.
Η απόδειξη της ιδέας τους πραγματοποιήθηκε με τα νευρογλοιακά κύτταρα των ψαριών ζέβρα, μετατρέποντάς τα αποτελεσματικά σε βλαστοκύτταρα, τα οποία στη συνέχεια ανίχνευσαν και αποκατέστησαν τα κατεστραμμένα κύτταρα του αμφιβληστροειδούς για την αποκατάσταση της μειωμένης όρασης.
Ο κυτταρικός θάνατος, ή απόπτωση, παίζει σημαντικό ρόλο στην αναπόφευκτη φυσική γήρανση στους ανθρώπους. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η διαδικασία αναγέννησης νευρώνων στον εγκέφαλο θα είναι παρόμοια. Εάν είναι επιτυχής, θα έχει τεράστιες επιπτώσεις σε παθήσεις όπως η νόσος Αλτσχάιμερ, όπου μεγάλες περιοχές του εγκεφάλου μπορούν να χαθούν λόγω του θανάτου των νευρώνων. Μπορεί επίσης να παίξει ρόλο στην πρόληψη των πολλών παρενεργειών της φυσικής γήρανσης στον εγκέφαλο, για μεγαλύτερη και πιο υγιή ζωή σε άριστη κατάσταση μέχρι τα γεράματα.
Αντί να αντικαταστήσουν τα νεκρά κύτταρα, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης εντόπισαν βασικές διεργασίες που εμπλέκονται στον θάνατο των εγκεφαλικών κυττάρων, που ονομάζεται νευροεκφυλισμός. Περιλάμβανε την αποκάλυψη της διαδικασίας με την οποία η κυτταρική πρόσληψη γλουταμινικού αποτρέπει τον κυτταρικό θάνατο σε υγιείς ανθρώπους, αλλά καθίσταται ανενεργή σε νοσογόνο κατάσταση όπως το εγκεφαλικό επεισόδιο, όπου η παροχή οξυγόνου στα εγκεφαλικά κύτταρα περιορίζεται.
Στην πραγματικότητα, αυτό οδηγεί στην αυτοκτονία των κυττάρων, απλώς επειδή δεν λαμβάνουν τα σωστά χημικά σήματα που θα τους πουν να παραμείνουν ζωντανοί. Στη συνέχεια, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια ειδική κατηγορία αναστολέων που μπορούν να παρέμβουν και να απενεργοποιήσουν το κυτταρικό «σύμπλεγμα θανάτου» πριν συμβεί.
Οι αναστολείς αποδείχθηκαν εξαιρετικά αποτελεσματικοί στην προστασία των νευρικών κυττάρων, οδηγώντας ελπίζουμε σε μια νέα κατηγορία θεραπευτικών επιλογών για νευροεκφυλιστικές ασθένειες.
Ερευνητές του Πανεπιστημίου Aarhus χρησιμοποίησαν προηγμένες τεχνικές απεικόνισης PET και MRI για να αποκαλύψουν ότι η νόσος Πάρκινσον είναι στην πραγματικότητα μία από τις δύο διαφορετικές παραλλαγές της νόσου.
Στη μία παραλλαγή, η ασθένεια ξεκινά στα έντερα και στη συνέχεια εξαπλώνεται στον εγκέφαλο μέσω νευρωνικών συνδέσεων. Στην άλλη, ξεκινά στον εγκέφαλο και στη συνέχεια μεταφέρεται στα έντερα και σε άλλα όργανα. Αυτό το βίντεο δίνει μια εξαιρετική επισκόπηση.
Αν και δεν είναι θεραπευτικό, αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση για να μπορέσουμε να εντοπίσουμε την έναρξη σε πρώιμο στάδιο για προληπτικά μέτρα. Για παράδειγμα, μπορεί να οδηγήσει σε θεραπείες που εμποδίζουν την ασθένεια να φτάσει ακόμη και στον εγκέφαλο, όπου οι επιπτώσεις της με την πάροδο του χρόνου γίνονται εξουθενωτικές. Είναι επίσης ένα ακόμη βασικό κομμάτι στο παζλ των ισχυρών συμβιώσεων μεταξύ των εντέρων μας και του μυαλού μας, γνωστών επιστημονικά ως άξονας εντέρου-εγκεφάλου.
Επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Cambridge και του Imperial College London ανέπτυξαν έναν νέο τύπο αλγορίθμου τεχνητής νοημοσύνης που μπορεί να ανιχνεύει, να διαφοροποιεί και να ταυτοποιεί διαφορετικούς τύπους εγκεφαλικών τραυματισμών από τοπογραφικά δεδομένα αξονικής τομογραφίας.
Οι αξονικές τομογραφίες συλλέγουν έναν τεράστιο όγκο δεδομένων, η ανάλυση των οποίων μπορεί να διαρκέσει ώρες από τους ειδικούς, και αυτό πρέπει να περιλαμβάνει τη συλλογική αξιολόγηση πολλαπλών σαρώσεων με την πάροδο του χρόνου, προκειμένου να παρακολουθούνται οι τροχιές ανάρρωσης ή η εξέλιξη της νόσου. Αυτό το νέο εργαλείο τεχνητής νοημοσύνης φαίνεται να είναι καλύτερο από τους ανθρώπινους ειδικούς στην ανίχνευση τέτοιων αλλαγών, ενώ παράλληλα είναι πολύ πιο γρήγορο και φθηνότερο.
Για παράδειγμα, η έρευνά τους έδειξε ότι το λογισμικό είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό στην αυτόματη ποσοτικοποίηση της εξέλιξης πολλαπλών τύπων εγκεφαλικών βλαβών, βοηθώντας στην πρόβλεψη ποιες βλάβες θα γίνουν μεγαλύτερες. Η καινοτόμος εφαρμογή αυτού του τύπου Τεχνητής Νοημοσύνης για την υποβοήθηση της ανθρώπινης ανάλυσης είναι πιθανό να είναι η πρώτη από τις πολλές που θα μεταμορφώσουν την ιατρική διαγνωστική με οικονομικά αποδοτικούς τρόπους.
με υπερηλικιακή ηλικία είναι άτομα των οποίων οι γνωστικές δεξιότητες είναι πολύ ανώτερες από τις συνομηλίκους τους σε μεγάλη ηλικία, διατηρώντας τις νεανικές νοητικές τους ικανότητες μέχρι και τα 70 και 80 τους χρόνια. Μέχρι σήμερα, το μυστικό για να διατηρήσουν την άριστη φόρμα τους δεν είχε κατανοηθεί επαρκώς.
Το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Κολωνίας και το Ερευνητικό Κέντρο Juelich ανακάλυψαν μια βασική διαφορά στη βιολογία τους. Χρησιμοποιώντας σαρώσεις PET, αποκάλυψαν ότι οι υπερ-ηλικιωμένοι έχουν σημαντικά αυξημένη αντοχή στις tau και αμυλοειδούς. Μέχρι πρόσφατα, αυτές οι πρωτεΐνες είχαν αποδειχθεί δύσκολες στη μελέτη.
Οι υπερηλικιωμένοι έχουν επίσης χαμηλότερα επίπεδα παθολογίας της πρωτεΐνης ταυ και αμυλοειδούς, η οποία με τη σειρά της οδηγεί σε διάφορα είδη νευροεκφυλισμού στους περισσότερους ανθρώπους στα τελευταία τους χρόνια. Έχει πλέον εντοπιστεί ότι η μειωμένη αντίσταση στη συσσώρευση πρωτεΐνης ταυ και αμυλοειδούς είναι ένας πρωταρχικός βιολογικός παράγοντας για την απώλεια της κορυφαίας γνωστικής λειτουργίας.
Νέα έρευνα μπορεί να επικεντρωθεί σε αυτές τις διαδικασίες για να βρει τρόπους πιθανής θεραπείας της νοητικής παρακμής γενικά, καθώς και να βοηθήσει στην ανάπτυξη θεραπευτικών μεθόδων για την προστασία από μορφές άνοιας που ήδη εμφανίζονται.
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.
Αυτή τη στιγμή, οι νευροεπιστήμονες στο Ινστιτούτο Εξελικτικής Ανθρωπολογίας Max Planck κατασκευάζουν κυριολεκτικά «μικροσκοπικούς εγκεφάλους» γενετικά μοσχευμένους με πολλαπλές εκδοχές DNA Νεάντερταλ. Χρησιμοποιώντας την φουτουριστική βιοτεχνολογία CRISPR , γνωστή ως «από κάτω προς τα πάνω», αυτοί οι μίνι εγκέφαλοι σε μέγεθος φακής θα περιέχουν συστάδες ζωντανών νευρώνων που θα προέρχονται από βλαστοκύτταρα, εκτελώντας πραγματική εγκεφαλική δραστηριότητα.
Αν και θα είναι πολύ μικρά για να περιλαμβάνουν οποιαδήποτε σύνθετη συμπεριφορά όπως η επικοινωνία, αναμένεται ότι θα αποκαλύψουν διαφορές στη θεμελιώδη εγκεφαλική δραστηριότητα που μπορεί να είχαν οι Νεάντερταλ. Με αυτόν τον τρόπο, η γενετική παρέχει ένα είδος ιστορικού τηλεσκοπίου για τη νευροεπιστήμη, επιτρέποντάς της να διερευνήσει τον τρόπο λειτουργίας των αρχαίων εγκεφάλων. Όλα αυτά προέρχονται από DNA που έχει διατηρηθεί σε θραύσματα οστών για δεκάδες χιλιάδες χρόνια.
Και αν νομίζετε ότι αυτό είναι κάτι τόσο απλό όσο μερικά κύτταρα σε ένα τρυβλίο Petri... ξανασκεφτείτε το. Οι Γερμανοί ερευνητές σχεδιάζουν να συνδέσουν τους μίνι-εγκεφάλους των Νεάντερταλ με ρομπότ, προκειμένου να παρατηρήσουν συμπεριφορικές εξόδους. Ακόμα πιο φιλόδοξη από την πλοκή μια φουτουριστική ταινία επιστημονικής φαντασίας, αν πετύχει, το μυαλό απλώς μπερδεύεται με το τι θα είναι δυνατό τα επόμενα χρόνια - ρομπότ Νεάντερταλ, υπηρέτριες;!
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι νευροεπιστήμονες είναι ότι είναι πολύ δύσκολο να μελετήσουν ζωντανούς εγκεφάλους. Ακόμα και με εγκεφάλους που έχουν πεθάνει πρόσφατα, οι νευρώνες αποσυντίθενται γρήγορα τις ώρες μετά τον θάνατο, κυριολεκτικά αποσυντίθενται. Για να αντιμετωπίσουν αυτή την πρόκληση, νευροεπιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Γέιλ δημιούργησαν μια πρωτοποριακή βιοτεχνολογία που ονομάζεται BrainEx. Αυτό το σύστημα υποστήριξης υψηλής τεχνολογίας σχεδιάστηκε για να διατηρεί ζωντανά τα εγκεφαλικά κύτταρα με τον τρόπο που οι τρίχες και τα νύχια συνεχίζουν να αναπτύσσονται μετά θάνατον.
Δοκιμάζοντας την τεχνολογία, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το BrainEx για να αποκαταστήσουν τη συναπτική δραστηριότητα και την κυκλοφορία του αίματος σε έναν εγκέφαλο χοίρου που ήταν νεκρός για τέσσερις ώρες. Ο εγκέφαλος είχε αφαιρεθεί από τον χοίρο και είχε αναβιώσει με τεχνητή παροχή αίματος χρησιμοποιώντας ένα ιδιόκτητο μείγμα προστατευτικών, σταθεροποιητικών και σκιαγραφικών παραγόντων. Αυτό έλαβε χώρα λίγο πριν ξεκινήσει η καταστροφή των κυτταρικών και μοριακών λειτουργιών. Η παρακάτω εικόνα δείχνει τη διαφορά μεταξύ ενός εγκεφάλου χοίρου που αποσυντίθεται κανονικά 10 ώρες μετά τον θάνατο (αριστερά) και των υγιών κυττάρων στον αναζωογονημένο εγκέφαλο χοίρου (δεξιά).
Εδώ έρχεται το κομμάτι των ζόμπι. Παρόλο που οι νευρώνες διατηρούνταν ζωντανοί και σε λειτουργία, δεν υπήρχε λειτουργική δραστηριότητα υψηλότερου επιπέδου στα εγκεφαλικά κυκλώματα - τόσο ζωντανοί και νεκροί ταυτόχρονα. Αυτή η μετατόπιση από μυθοπλασία τύπου Φρανκενστάιν σε μη μυθοπλασία δείχνει πώς η νευροεπιστήμη μπορεί να αλλάξει μεγάλα ηθικά ερωτήματα από φιλοσοφικά σε πρακτικά.
Η βιοτεχνολογία δεν περιορίζεται μόνο στα ζόμπι γουρούνια, κατ' αρχήν θα λειτουργήσει με οποιοδήποτε είδος εγκεφάλου θηλαστικών... συμπεριλαμβανομένων και των ανθρώπων! Η ανακάλυψη αυτή έχει τεράστιες δυνατότητες για τη βελτίωση της γνώσης μας σχετικά με το πώς λειτουργεί το μυαλό μας. Ταυτόχρονα, φαίνεται ανησυχητικά κοντά στο να επαναφέρει τους νεκρούς στη ζωή.
Σε μια πιο εμπνευσμένη νότα, το 2019 αναπτύχθηκε επίσης ένα σύστημα υπολογιστή ικανό να μεταφράζει την εγκεφαλική δραστηριότητα σε συνθετική ομιλία. Λειτουργεί αποκωδικοποιώντας τις κινήσεις των μυών που εμπλέκονται στην ομιλία μέσω νευρικών ερεθισμάτων που αναλύονται μέσω ηλεκτροφυσιολογικής δραστηριότητας. Τα αποτελέσματα ενός πειράματος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο έδειξαν ότι μια πρωτότυπη έκδοση θα μπορούσε να ερμηνεύσει με επιτυχία τη γλώσσα μέσω μυϊκών νευρικών σημάτων, εάν μιλούσε αργά.
Οι ερευνητές αναμένουν να βελτιώσουν τη βιοτεχνολογία σε φυσικές ταχύτητες ομιλίας, οι οποίες είναι περίπου 150 λέξεις ανά λεπτό. Ωστόσο, αυτό είναι ήδη αρκετά αξιοσημείωτο αν σκεφτεί κανείς ότι μετρώνται μόνο τα εγκεφαλικά σήματα. Ακολουθεί ένα βίντεο που δείχνει πώς τα πρότυπα της εγκεφαλικής δραστηριότητας από τον σωματοαισθητικό φλοιό του ομιλητή, που αποκωδικοποιούνται σε κινήσεις της φωνητικής οδού, μπορούν στη συνέχεια να ερμηνευθούν ως γλώσσα.
Πολλοί επιστήμονες έχουν προσπαθήσει να λύσουν αυτό το πρόβλημα στο παρελθόν και έχουν αποτύχει. Αυτοί οι ερευνητές ακολούθησαν μια νέα προσέγγιση δημιουργώντας μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης για την κατασκευή προσομοιώσεων φωνητικών οδών. Στην πραγματικότητα, η τεχνητή νοημοσύνη δίδαξε στη συνέχεια τον εαυτό της από μια βιβλιοθήκη δεδομένων πειραμάτων ομιλίας και εκπαίδευσε τα νευρωνικά της δίκτυα ώστε να είναι σε θέση να αποκωδικοποιούν τη γλώσσα από τις φωνητικές κινήσεις. Αυτές οι εξελίξεις θα μπορούσαν να αποτελέσουν σημαντικά βήματα στην προσομοίωση της ανθρώπινης βιολογίας σε προγράμματα υπολογιστών για ερευνητικούς σκοπούς.
Από ιατρικής άποψης, πολλοί ασθενείς με παθήσεις του λαιμού ή νευρολογικές παθήσεις, όπως εγκεφαλικά επεισόδια ή παράλυση, μπορούν να χάσουν εντελώς την ικανότητά τους να μιλάνε. Αυτή η νευροτεχνολογία σε συνδυασμό με ένα smartphone θα μπορούσε να επιτρέψει στους άφωνους να μιλάνε κανονικά σε πραγματικό χρόνο, σε καθημερινή βάση, απλώς σκεπτόμενοι την ομιλία.
Ωστόσο, καθώς η προσομοιωμένη φωνή απαιτεί την ανάγνωση μόνο μιας μικρής περιοχής της εγκεφαλικής δραστηριότητας και η ομιλία θα μπορούσε να σταλεί σε σχεδόν οποιονδήποτε υπολογιστή, τότε δυνητικά ο καθένας θα μπορούσε να επικοινωνήσει σιωπηλά και κρυφά με οποιονδήποτε χρησιμοποιώντας ένα smartphone και ακουστικά. Καθώς αυτό το σύστημα θα μπορούσε να είναι αμφίδρομο, αντιπροσωπεύει μια κυριολεκτική νευροτεχνολογική λύση για την ανθρώπινη τηλεπάθεια. Οι δυνατότητες είναι ατελείωτες.
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)