Καλώς ήρθατε στις Υπηρεσίες Έρευνας και Στρατηγικής στο σημερινό γρήγορο ρυθμό.
Με τις ανακαλύψεις να έρχονται πιο γρήγορα από οποιονδήποτε άλλο τομέα της επιστήμης, πολλά έχουν συμβεί στη νευροεπιστήμη τα τελευταία χρόνια. Εδώ είναι 22 πραγματικά συγκλονιστικές μελέτες νευροεπιστήμης που αμφισβητούν τις προκαταλήψεις μας για το ποιοι είμαστε ή ποιοι θα μπορούσαμε να είμαστε.
Νωρίτερα φέτος, οι 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 επιτυγχάνεται σωστά. Επιπλέον, αυτό έχει γίνει σε ζωντανά ποντίκια, με τη χαρτογράφηση που εκτελείται σε περιοχές του εγκεφάλου του ποντικιού σε πραγματικό χρόνο. Αυτό το βίντεο δίνει μια ιδέα για το πόσο συναρπαστικό είναι να βλέπεις τη σύζευξη των δομών του εγκεφάλου και της ζωντανής δραστηριότητας να αλλάζει ως απάντηση σε ένα ποντίκι που δείχνει διαφορετικές εικόνες.
Η τεχνική πρωτοπορίας συνδυάζει μικροσκοπία τριών φωτονίων THG 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 των λεπτών αιμοφόρων αγγείων και της μυελίνης - ένα είδος μονωτή που είναι γνωστό ότι είναι κρίσιμος παράγοντας 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 είναι ένα ισχυρό εργαλείο για την κατανόηση των διαφορών σε υγιείς και ασθενείς εγκεφαλικές καταστάσεις, καθώς και για το πώς ο εγκέφαλος ανταποκρίνεται στην περιβαλλοντική διέγερση.
Το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ έκανε μια σημαντική ανακάλυψη με μια νέα τεχνική διεστιακής μικροσκοπίας COSMOS . Η δουλειά τους απαθανάτισε ταινίες νευρωνικής δραστηριότητας σε ολόκληρο τον εγκεφαλικό φλοιό ενός εγκεφάλου ποντικιού.
Αυτά τα σήματα καταγράφηκαν ουσιαστικά κινηματογραφώντας τον εγκέφαλο από τρεις διαφορετικές γωνίες και στη συνέχεια εξάγοντας υπολογιστικά σήματα για να παρέχουν ένα ζωντανό βίντεο μακροσκοπικής δραστηριότητας στο αριστερό και το δεξί ημισφαίριο. Εδώ είναι ένα δείγμα όπου κυριολεκτικά βλέπετε την αξιοσημείωτη ηλεκτρική καταιγίδα ενός πραγματικού εγκεφάλου σε δράση.
Καθώς ο φλοιός χειρίζεται περίπλοκες γνωστικές λειτουργίες υψηλότερου επιπέδου, πιο μυστηριώδεις συμπεριφορές όπως οι διαδικασίες λήψης αποφάσεων μπορούν τώρα να αρχίσουν να αποκαλύπτονται με παγκόσμιο τρόπο. Για παράδειγμα, για την κατανόηση της σχέσης των αποφάσεων που εξαρτώνται από την αισθητηριακή αντίληψη και την κινητική λειτουργία (σκεφτείτε τι περιλαμβάνει το να αποφασίσετε με ποιον τρόπο θα αποφύγετε ένα επερχόμενο αυτοκίνητο).
Οι ερευνητές αναμένουν επίσης ότι το COSMOS θα είναι μια μέθοδος χαμηλού κόστους για τον έλεγχο των επιπτώσεων 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 έγινε μέσω της μίμησης των νεοφλοιωδών στηλών του ανθρώπινου μυαλού. Αυτό οδήγησε σε απέραντα αυξημένη νοημοσύνη χρησιμοποιώντας ένα κλάσμα της υπολογιστικής ισχύος. Ως αποτέλεσμα, αυτή η ανθρώπινη τεχνητή νοημοσύνη έχει πλέον ξεπεράσει τους καλύτερους παίκτες σκακιού στον κόσμο, Go και στη συνέχεια eSports στα δικά τους παιχνίδια.
Αν και δεν είναι πλήρως κατανοητό, ο ύπνος παρέχει μια κρίσιμη λειτουργία για τον εγκέφαλο των θηλαστικών και του ανθρώπου, με σοβαρά προβλήματα να εμφανίζονται κάθε φορά που υπομένουν στέρηση ύπνου Φέτος, το Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος ανακάλυψε ότι τα αιχμηρά υπολογιστικά δίκτυα των συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης υποφέρουν επίσης από ένα είδος στέρησης ύπνου, καθιστώντας ασταθή όταν εκτελούνται για μεγάλες περιόδους χωρίς ανάπαυση. Ωστόσο, όταν τεθεί σε κατάσταση δικτύου παρόμοια με τα εγκεφαλικά κύματα που βιώνουμε κατά τη διάρκεια του ύπνου, η βέλτιστη απόδοση αποκαταστάθηκε.
Αυτό μπορεί να μην ακούγεται τόσο μεγάλο θέμα, αλλά οι εξελίξεις στην τεχνητή νοημοσύνη είναι πιθανό να μεταμορφώσουν τον τρόπο που κάνουμε όλη μας τη ζωή. Τα ευρήματα υποδηλώνουν επίσης ότι η συγχώνευση των κλάδων της νευροεπιστήμης και του πεδίου της τεχνητής νοημοσύνης θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα εποχή σούπερ έξυπνων υπολογιστών.
Μια μικροσκοπική συσκευή εγκεφάλου έχει χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της ποιότητας ζωής ασθενών με σοβαρή παράλυση των άνω άκρων που προκαλείται από νόσο του κινητικού νευρώνα. Αυτή η δοκιμή , που πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης, εμφύτευσε τη νέα μικροτεχνολογία στον εγκέφαλο των συμμετεχόντων.
Η συσκευή που ονομάζεται Stentrode™ εισήχθη μέσω χειρουργικής επέμβασης με κλειδαρότρυπα στον λαιμό και από εκεί μετακινήθηκε στον κινητικό φλοιό μέσω των αιμοφόρων αγγείων. Αυτή η ελάχιστα επεμβατική μέθοδος αποφεύγει τους σχετικούς κινδύνους και τις επιπλοκές ανάρρωσης της ανοιχτής χειρουργικής εγκεφάλου.
Το εμφύτευμα χρησιμοποιεί ασύρματη τεχνολογία για τη μετάδοση συγκεκριμένης νευρωνικής δραστηριότητας σε έναν υπολογιστή, όπου μετατρέπεται σε ενέργειες που βασίζονται στις προθέσεις των ασθενών. Παραδόξως, αυτό το μικροσκοπικό τσιπ επέτρεψε στους ασθενείς να εκτελούν ενέργειες όπως κλικ και μεγέθυνση και να γράφουν με ακρίβεια 93%, βοηθώντας τους να κάνουν πράγματα που θεωρούμε δεδομένα, όπως μηνύματα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου και ηλεκτρονικές αγορές.
Είναι πολύ νωρίς ακόμα, αλλά η ελάχιστα επεμβατική φύση της θεραπείας δείχνει τις μεγάλες δυνατότητες που έχουν οι μικρονευροτεχνολογίες να βοηθήσουν τους ανθρώπους με κάθε είδους γνωστικές βλάβες.
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 χειριστούν τα φυσιολογικά κύτταρα για να μετατραπούν σε προγονικά κύτταρα , τα οποία μπορούν να μεταμορφωθούν σε οποιονδήποτε τύπο κυττάρου για να αντικαταστήσουν τα κύτταρα που πεθαίνουν.
Η απόδειξη της ιδέας τους πραγματοποιήθηκε με τα νευρογλοιακά κύτταρα των ψαριών Zebra, μετατρέποντάς τα αποτελεσματικά σε βλαστοκύτταρα τα οποία στη συνέχεια ανίχνευσαν και αποκατέστησαν τα κατεστραμμένα κύτταρα του αμφιβληστροειδούς για να ανακτήσουν τη μειωμένη όραση.
Ο κυτταρικός θάνατος, ή η απόπτωση , παίζει μεγάλο ρόλο στην αναπόφευκτη φυσική γήρανση των ανθρώπων. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η διαδικασία για την αναγέννηση των νευρώνων στον εγκέφαλο θα είναι παρόμοια. Εάν είναι επιτυχής, θα έχει τεράστιες επιπτώσεις σε καταστάσεις όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ, όπου μεγάλες περιοχές του εγκεφάλου μπορεί να χαθούν λόγω του θανάτου των νευρώνων. Μπορεί επίσης να διαδραματίσει ρόλο στην πρόληψη των πολλών παρενεργειών της φυσικής γήρανσης στον εγκέφαλο, για μεγαλύτερη και υγιέστερη διαβίωση σε κορυφαία μορφή μέχρι τα γεράματα.
Αντί να αντικαταστήσουν τα κύτταρα που πεθαίνουν, οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης έχουν εντοπίσει βασικές διαδικασίες που εμπλέκονται στον θάνατο των εγκεφαλικών κυττάρων, που ονομάζεται νευροεκφυλισμός . Περιλάμβανε την αποκάλυψη της διαδικασίας με την οποία η κυτταρική πρόσληψη γλουταμικού αποτρέπει τον κυτταρικό θάνατο σε υγιείς ανθρώπους, αλλά καθίσταται ανενεργή σε νοσηρή κατάσταση όπως το εγκεφαλικό, όπου η παροχή οξυγόνου στα εγκεφαλικά κύτταρα περιορίζεται.
Στην πραγματικότητα αυτό οδηγεί σε αυτοκτονία των κυττάρων απλώς και μόνο επειδή δεν λαμβάνουν τα σωστά χημικά σήματα για να τους πει να παραμείνουν ζωντανοί. Στη συνέχεια, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια ειδική κατηγορία αναστολέων που μπορούν να παρέμβουν και να απενεργοποιήσουν το κυτταρικό «σύμπλεγμα θανάτου» πριν αυτό συμβεί.
Οι αναστολείς έδειξαν ότι είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικοί στην προστασία των νευρικών κυττάρων, οδηγώντας ελπίζουμε σε μια νέα κατηγορία θεραπειών για νευροεκφυλιστικές ασθένειες.
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Aarhus χρησιμοποίησαν προηγμένες τεχνικές απεικόνισης PET και MRI για να αποκαλύψουν ότι η νόσος του Πάρκινσον είναι στην πραγματικότητα μία από τις δύο διαφορετικές παραλλαγές της νόσου .
Σε μια παραλλαγή η ασθένεια ξεκινά από τα έντερα, συνεχίζοντας να εξαπλώνεται στον εγκέφαλο μέσω νευρικών συνδέσεων. Στο άλλο, ξεκινά από τον εγκέφαλο και στη συνέχεια μετακινείται στα έντερα και σε άλλα όργανα. Αυτό το βίντεο δίνει μια εξαιρετική επισκόπηση.
Αν και δεν είναι θεραπευτικό, είναι ένα σημαντικό βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση για τον εντοπισμό της έναρξης του πρώιμου σταδίου για προληπτικά μέτρα. Για παράδειγμα, μπορεί να οδηγήσει σε θεραπείες που εμποδίζουν την ασθένεια ακόμη και να εισχωρήσει στον εγκέφαλο συνολικά, όπου τα αποτελέσματα γίνονται εξουθενωτικά με την πάροδο του χρόνου. Είναι επίσης ένα άλλο βασικό κομμάτι στο παζλ των ισχυρών συμβιών μεταξύ του εντέρου μας και του μυαλού μας, γνωστά επιστημονικά ως άξονας εντέρου-εγκεφάλου .
Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ και το Imperial College του Λονδίνου ανέπτυξαν έναν νέο τύπο αλγόριθμου τεχνητής νοημοσύνης που μπορεί να ανιχνεύσει, να διαφοροποιήσει και να αναγνωρίσει διαφορετικούς τύπους εγκεφαλικών βλαβών από δεδομένα τοπογραφικής αξονικής τομογραφίας.
Οι αξονικές τομογραφίες συλλέγουν τεράστιο όγκο δεδομένων που μπορεί να χρειαστούν ώρες από τους ειδικούς για να αναλυθούν, 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 ειδικούς στον άνθρωπο στον εντοπισμό τέτοιων αλλαγών, καθώς και 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 τη βοήθεια της ανθρώπινης ανάλυσης είναι πιθανό να είναι η πρώτη από πολλές που θα μεταμορφώσουν τα ιατρικά διαγνωστικά με οικονομικά αποδοτικούς τρόπους.
Οι υπερηλικιωμένοι είναι άτομα των οποίων οι γνωστικές δεξιότητες έχουν ξεπεράσει κατά πολύ τους συνομηλίκους τους σε μεγάλη ηλικία, διατηρώντας τις νεανικές διανοητικές ικανότητες μέχρι τα 70 και τα 80 τους. Μέχρι τώρα το μυστικό για τη διατήρηση της κορυφαίας μορφής τους ήταν ελάχιστα κατανοητό.
Το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Κολωνίας και το Ερευνητικό Κέντρο Juelich ανακάλυψαν μια βασική διαφορά στη βιολογία τους . Χρησιμοποιώντας σαρώσεις PET αποκάλυψαν ότι οι υπερηλικιωμένοι έχουν αξιοσημείωτα αυξημένη αντίσταση στις ταυ και αμυλοειδούς . Μέχρι τα τελευταία χρόνια αυτές οι πρωτεΐνες ήταν δύσκολο να μελετηθούν.
Οι υπερηλικιωμένοι έχουν επίσης χαμηλότερα επίπεδα παθολογίας ταυ και αμυλοειδούς, η οποία με τη σειρά της οδηγεί σε διάφορα είδη νευροεκφυλισμού στους περισσότερους ανθρώπους στα τελευταία τους χρόνια. Έχει πλέον αναγνωριστεί ότι η μειωμένη αντίσταση στη συσσώρευση ταυ και αμυλοειδούς είναι ένας πρωταρχικός βιολογικός παράγοντας για την απώλεια του κορυφαίου γνωστικού σχήματος.
Η νέα έρευνα μπορεί να επικεντρωθεί σε αυτές τις διαδικασίες για να βρει τρόπους πιθανής θεραπείας της ψυχικής έκπτωσης γενικά, καθώς και να βοηθήσει στην ανάπτυξη θεραπευτικών μέσων 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 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.
Καθώς μιλάμε, οι νευροεπιστήμονες στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Εξελικτική Ανθρωπολογία κατασκευάζουν κυριολεκτικά «μικροσκοπικούς εγκεφάλους» γενετικά εμβολιασμένους με πολλαπλές εκδοχές του DNA του Νεάντερταλ. Χρησιμοποιώντας τη φουτουριστική βιοτεχνολογία από κάτω προς τα πάνω, γνωστή ως CRISPR μίνι εγκέφαλοι μεγέθους φακής θα περιέχουν ομάδες ζωντανών νευρώνων που αναπτύσσονται από βλαστοκύτταρα, εκτελώντας πραγματική εγκεφαλική δραστηριότητα.
Αν και θα είναι πολύ μικρά για να περιλαμβάνουν οποιαδήποτε περίπλοκη 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 κοιτάξει τις λειτουργίες των αρχαίων εγκεφάλων. Όλα αυτά από DNA που διατηρείται σε θραύσματα οστών για δεκάδες χιλιάδες χρόνια.
Και αν νομίζετε ότι αυτό είναι κάτι τόσο απλό όσο μερικά κελιά σε ένα πιάτο Petri… σκεφτείτε ξανά. Οι Γερμανοί ερευνητές σχεδιάζουν να συνδέσουν τους μίνι εγκεφάλους του Νεάντερταλ με ρομπότ, προκειμένου να παρατηρήσουν τα αποτελέσματα συμπεριφοράς. Ακόμη πιο φιλόδοξη από την πλοκή μιας φουτουριστικής ταινίας επιστημονικής φαντασίας, αν είναι επιτυχημένη, το μυαλό απλώς μπερδεύεται με το τι θα είναι δυνατό τα επόμενα χρόνια – το σπίτι του ρομπότ Νεάντερταλ κάνει καμαριέρες;!
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι νευροεπιστήμονες είναι ότι είναι πολύ δύσκολο να μελετήσουν ζωντανούς εγκεφάλους. Ακόμη και με εγκεφάλους που έχουν πεθάνει πρόσφατα, οι νευρώνες αποσυντίθενται γρήγορα τις ώρες μετά το θάνατο, κυριολεκτικά αποσυντίθενται. Για να αντιμετωπίσουν αυτήν την πρόκληση, οι νευροεπιστήμονες Gung-ho στο Πανεπιστήμιο Yale 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 τα μαλλιά και τα νύχια των δακτύλων συνεχίζουν να μεγαλώνουν μετά τη θανάτωση.
Δοκιμάζοντας την τεχνολογία, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το BrainEx για να αποκαταστήσουν τη συναπτική δραστηριότητα και την κυκλοφορία σε έναν εγκέφαλο χοίρου που είχε πεθάνει για τέσσερις ώρες. Ο εγκέφαλος είχε αφαιρεθεί από το γουρούνι και αναζωογονήθηκε με τεχνητή παροχή αίματος χρησιμοποιώντας ένα αποκλειστικό μείγμα προστατευτικών, σταθεροποιητικών και σκιαγραφικών παραγόντων. Αυτό συνέβη λίγο πριν αρχίσει να συμβαίνει η καταστροφή των κυτταρικών και μοριακών λειτουργιών. Η παρακάτω εικόνα δείχνει τη διαφορά μεταξύ ενός εγκεφάλου χοίρου που συνήθως αποσυντίθεται 10 ώρες μετά το θάνατο (αριστερά) και των κυττάρων που κοιτάζουν την υγεία στον αναζωογονημένο εγκέφαλο χοίρου (δεξιά).
Εδώ έρχεται το κομμάτι των ζόμπι. Αν και οι νευρώνες διατηρούνταν ζωντανοί και κλωτσούσαν, δεν υπήρχε λειτουργική δραστηριότητα υψηλότερου επιπέδου στα κυκλώματα του εγκεφάλου – τόσο ζωντανοί και νεκροί ταυτόχρονα. Αυτή η ανατροπή από τη μυθοπλασία που μοιάζει με τον Φρανκενστάιν στη μη μυθοπλασία, δείχνει πώς η νευροεπιστήμη μπορεί να αλλάξει μεγάλα ηθικά ερωτήματα από το φιλοσοφικό στο πρακτικό.
Ωστόσο, η βιοτεχνολογία δεν περιορίζεται σε γουρούνια ζόμπι, κατ' αρχήν θα λειτουργήσει με κάθε είδους εγκέφαλο θηλαστικού…συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων! Η σημαντική ανακάλυψη έχει τεράστιες δυνατότητες για τη βελτίωση των εργασιακών μας γνώσεων για το πώς λειτουργεί το μυαλό μας. Ταυτόχρονα, φαίνεται απελπιστικά κοντά στο να επαναφέρει στη ζωή τους νεκρούς.
Σε μια πιο εμπνευσμένη σημείωση, το 2019 είδε επίσης την ανάπτυξη ενός συστήματος υπολογιστή ικανού να μεταφράζει την εγκεφαλική δραστηριότητα σε συνθετική ομιλία. Λειτουργεί αποκωδικοποιώντας τις κινήσεις των μυών που εμπλέκονται στην ομιλία μέσω νευρικών ερεθισμάτων που αναλύονται μέσω της 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 των μυϊκών νευρικών σημάτων, αν μιλούσε αργά.
Οι ερευνητές αναμένουν να βελτιώσουν τη βιοτεχνολογία σε φυσικές ταχύτητες ομιλίας , οι οποίες είναι περίπου 150 λέξεις ανά λεπτό. Ωστόσο, είναι ήδη αρκετά αξιοσημείωτο δεδομένου ότι μετρώνται μόνο τα σήματα του εγκεφάλου. Ακολουθεί ένα βίντεο που δείχνει πώς τα μοτίβα της εγκεφαλικής δραστηριότητας από τον σωματοαισθητικό φλοιό του ομιλητή, αποκωδικοποιημένα σε κινήσεις της φωνητικής οδού, μπορούν στη συνέχεια να ερμηνευθούν ως γλώσσα.
Πολλοί επιστήμονες έχουν προσπαθήσει να λύσουν αυτό το πρόβλημα στο παρελθόν και απέτυχαν. Αυτοί οι ερευνητές ακολούθησαν μια νέα προσέγγιση δημιουργώντας μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης για την κατασκευή προσομοιώσεων φωνητικών οδών. Στην πραγματικότητα, το AI στη συνέχεια διδάχθηκε από μια βιβλιοθήκη δεδομένων πειραμάτων ομιλίας και εκπαίδευσε τα νευρωνικά του δίκτυα ώστε να είναι σε θέση να αποκωδικοποιούν τη γλώσσα από τις φωνητικές κινήσεις. Αυτές οι εξελίξεις θα μπορούσαν να είναι σημαντικά βήματα για την προσομοίωση της ανθρώπινης βιολογίας σε προγράμματα υπολογιστών για ερευνητικούς σκοπούς.
Από ιατρική άποψη, πολλοί ασθενείς με λαιμό ή νευρολογικές παθήσεις, όπως εγκεφαλικά επεισόδια ή παράλυση, μπορεί να χάσουν εντελώς τις ικανότητές τους για την ομιλία. Αυτή η νευροτεχνολογία σε συνδυασμό με ένα smartphone θα μπορούσε να επιτρέψει στους άφωνους να μιλάνε κανονικά σε πραγματικό χρόνο, σε καθημερινή βάση, απλώς σκέφτονται να μιλήσουν.
Ωστόσο, καθώς η προσομοιωμένη φωνή απαιτεί μόνο την ανάγνωση μιας μικρής περιοχής εγκεφαλικής δραστηριότητας και η ομιλία θα μπορούσε να σταλεί σχεδόν σε οποιονδήποτε υπολογιστή, τότε δυνητικά οποιοσδήποτε θα μπορούσε σιωπηλά και κρυφά να επικοινωνήσει με οποιονδήποτε διαθέτει 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 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.
