Қазіргі заманғы негізгі ғылым миды қалай зерттейді?

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Жақында, тарихи стандарттарға сәйкес, ми туралы «қара жәшік» деп айтылды, оның ішіндегі процестер жұмбақ күйінде қалды. Соңғы ғылыми жетістіктер мұны соншалықты үзілді-кесілді жариялауға мүмкіндік бермейді. Дегенмен, миды зерттеу саласында біржақты жауаптардан гөрі сұрақтар әлі де көп.

Ғарыштық сандық параметрлері бар және тұрақты қозғалыста болатын бұл жүйеде есте сақтау және ойлау деп атайтын нәрселермен байланыстыруға болатын механизмдерді тану өте қиын. Кейде бұл үшін миға тікелей ену керек. Ең тікелей физикалық мағынада.

Жабайы табиғатты қорғаушылар не десе де, әлі ешкім зерттеушілерге маймылдар мен егеуқұйрықтардың миына тәжірибе жасауға тыйым салған жоқ. Дегенмен, адам миы - тірі ми туралы сөз болғанда, әрине, заң мен этикаға байланысты эксперименттер іс жүзінде мүмкін емес. Сіз «сұр заттың» ішіне кіре аласыз, олар айтқандай, дәрі-дәрмекпен айналысатын компания үшін ғана.

Менің басымдағы сымдар

Ми зерттеушілеріне ұсынылған осындай мүмкіндіктердің бірі дәрілік терапияға жауап бермейтін эпилепсияның ауыр жағдайларын хирургиялық емдеу қажеттілігі болды. Аурудың себебі ортаңғы уақытша лобтың зардап шеккен аймақтары болып табылады. Дәл осы аймақтарды нейрохирургиялық әдістермен алып тастау керек, бірақ ең алдымен, «артықты кесіп алмау» үшін оларды анықтау керек.

Калифорния университетінен (Лос-Анджелес) американдық нейрохирург Ицхак Фрид 1970 жылдары 1 мм электродтарды ми қыртысына тікелей енгізу технологиясын алғаш қолданғандардың бірі болды. Жүйке жасушаларының өлшемімен салыстырғанда электродтардың циклопиялық өлшемдері болды, бірақ тіпті мұндай өрескел аспаптың өзі бірнеше нейрондардан (мыңнан миллионға дейін) орташа электрлік сигналды жою үшін жеткілікті болды.

Негізінде, бұл таза медициналық мақсаттарға жету үшін жеткілікті болды, бірақ белгілі бір кезеңде құралды жақсарту туралы шешім қабылданды. Бұдан былай миллиметрлік электрод диаметрі 50 мкм болатын сегіз жіңішке электродтардың тармақталуы түріндегі ұшын алды.

Бұл нейрондардың салыстырмалы түрде шағын топтарынан сигналды бекітуге дейін өлшемдердің дәлдігін арттыруға мүмкіндік берді. Мидағы бір жүйке жасушасынан жіберілген сигналды «ұжымдық» шудан сүзгілеу әдістері де әзірленді. Мұның бәрі медициналық мақсатта емес, таза ғылыми мақсатта жасалды.

Мидың пластикасы дегеніміз не?

Мидың пластикасы - бұл біздің ойлау органымыздың өзгермелі жағдайларға бейімделудегі таңғажайып қабілеті. Егер біз бір дағдыны меңгеріп, миды қарқынды түрде жаттықтырсақ, мидың осы дағдыға жауапты аймағында қалыңдау пайда болады. Онда орналасқан нейрондар жаңадан алынған дағдыларды бекіте отырып, қосымша байланыстар жасайды. Мидың өмірлік маңызды бөлігі зақымдалған жағдайда, ми кейде бүлінбеген аймақтағы жоғалған орталықтарды қайта дамытады.

Нейрондар аталды

Зерттеу объектілері эпилепсияға операцияны күткен адамдар болды: ми қыртысына енгізілген электродтар хирургиялық араласу аймағын дәл анықтау үшін нейрондардан сигналдарды оқып жатқанда, жол бойында өте қызықты эксперименттер жүргізілді. Бұл поп-мәдениеттің белгішелері – әлем халқының көпшілігінің бейнесін оңай танитын Голливуд жұлдыздары ғылымға нақты пайда әкелген кездегі жағдай болды.

Ицхак Фриданың әріптесі, дәрігер және нейрофизиолог Родриго Киан Кирога ноутбугында субъектілерге танымал тұлғаларды және Сидней опера театры сияқты атақты құрылымдарды қоса алғанда, белгілі көрнекі бейнелердің таңдауын көрсетті.

Бұл суреттерді көрсеткенде, мида жеке нейрондардың электрлік белсенділігі байқалды және әртүрлі кескіндер әртүрлі жүйке жасушаларын «қостады». Мысалы, «Дженнифер Энистон нейроны» орнатылды, ол осы романтикалық актрисаның портреті экранда пайда болған сайын «атылады». Субъектке Энистонның қандай фотосуреті көрсетілсе де, нейрон «оның аты» сәтсіз болған жоқ. Сонымен қатар, ол өзі кадрда болмаса да, актриса ойнаған әйгілі телехикаяның кадрлары экранда пайда болған кезде де жұмыс істеді. Бірақ Дженниферге ұқсайтын қыздарды көргенде, нейрон үнсіз қалды.

Зерттелген жүйке жасушасы, белгілі болғандай, оның сыртқы келбеті мен киімінің жеке элементтерімен емес, нақты актрисаның тұтас бейнесімен байланысты болды. Және бұл жаңалық адам миындағы ұзақ мерзімді есте сақтау механизмдерін түсінуге кілт болмаса да, анықтама берді.

Біздің алға жылжуымызға кедергі болған бірден-бір нәрсе – жоғарыда айтылған этика мен заңның өзі. Ғалымдар электродтарды мидың кез келген басқа аймақтарына орналастыра алмады, операция алдындағы зерттеулерден басқа, және зерттеудің өзінде шектеулі медициналық уақыт болды.

Бұл Дженнифер Энистонның немесе Брэд Питттің немесе Эйфель мұнарасының нейроны шынымен бар ма, әлде өлшеулер нәтижесінде ғалымдар кездейсоқ бүкіл желіден бір ғана жасушаға тап болды ма деген сұраққа жауап табу өте қиын болды. белгілі бір бейнені сақтауға немесе тануға жауапты синаптикалық байланыстар арқылы бір-бірімен байланысады.

Суреттермен ойнау

Қалай болғанда да, эксперименттер жалғасты және оларға Моран Серф қосылды - өте жан-жақты тұлға. Туған израильдік ол өзін бизнес-кеңесші, хакер және сонымен бірге компьютерлік қауіпсіздік нұсқаушысы, сонымен қатар суретші және комикс жазушысы, жазушы және музыкант ретінде сынап көрді.

Дәл осы Ренессансқа лайық таланттар спектрі бар адам Дженнифер Энистон нейронының және т.б. негізінде нейромашиналық интерфейстің бір түрін жасауды қолға алды. Бұл жолы 12 науқас В. И. Калифорния университетінде Рональд Рейган. Операция алдындағы зерттеулер барысында ортаңғы самай аймағына 64 бөлек электродтар енгізілді. Сонымен қатар эксперименттер басталды.

Жоғары жүйке қызметі ғылымдарының дамуы керемет перспективаларды уәде етеді: адамдар өзін жақсы түсініп, қазір емделмейтін ауруларды жеңе алады. Тірі адам миына жасалған эксперименттердің моральдық және құқықтық жағы мәселе болып қала береді.

Халыққа алдымен поп-мәдениет тақырыптарының 110 суреті көрсетілді. Осы бірінші раундтың нәтижесінде төрт сурет таңдалды, оларды көргенде кортекстің зерттелетін аймағының әртүрлі бөліктеріндегі нейрондардың қозуы барлық ондаған субъектілерде анық жазылған. Содан кейін экранда бір уақытта екі сурет бір-бірінің үстіне қойылып, әрқайсысы 50% мөлдірлікке ие болды, яғни кескіндер бір-бірінен жарқырап тұрды.

Зерттелушіге екі суреттің біреуінің жарықтығын ойша арттыру ұсынылды, осылайша ол өзінің «қарсыласын» жасырады. Бұл жағдайда пациенттің назары шоғырланған кескінге жауапты нейрон екінші кескінмен байланысты нейронға қарағанда күшті электрлік сигнал берді. Импульстар электродтармен бекітіліп, декодерге еніп, кескіннің жарықтығын (немесе мөлдірлігін) басқаратын сигналға айналды.

Осылайша, бір сурет екіншісін «соғу» үшін ой жұмысы жеткілікті болды. Зерттелушілерден күшейтпеуді, керісінше, екі суреттің бірін бозғылт етуді сұрағанда, ми-компьютер байланысы қайтадан жұмыс істеді.

Жеңіл бас

Бұл қызықты ойын тірі адамдарға, әсіресе денсаулығында ауыр проблемалары бар адамдарға эксперименттер жүргізу қажеттілігіне тұрды ма? Жоба авторларының пікірінше, бұл тұрарлық болды, өйткені зерттеушілер өздерінің іргелі сипаттағы ғылыми қызығушылықтарын қанағаттандырып қана қоймай, сонымен қатар жеткілікті қолданбалы мәселелерді шешу тәсілдерін іздестірді.

Егер мида Дженнифер Энистонды көргенде қозатын нейрондар (немесе нейрондар шоғырлары) болса, онда өмір үшін маңыздырақ ұғымдар мен бейнелерге жауап беретін ми жасушалары болуы керек. Науқас сөйлей алмайтын немесе өз проблемалары мен қажеттіліктерін ым-ишарамен білдіре алмайтын жағдайларда, миға тікелей қосылу дәрігерлерге пациенттің қажеттіліктерін нейрондардан білуге көмектеседі. Оның үстіне, қауымдастықтар неғұрлым көп болса, соғұрлым адам өзі туралы сөйлесе алады.

Дегенмен, миға енгізілген электрод, тіпті диаметрі 50 микрон болса да, белгілі бір нейронды дәл нысанаға алу үшін тым өрескел құрал болып табылады. Өзара әрекеттесудің неғұрлым нәзік әдісі - генетикалық деңгейде жүйке жасушаларының өзгеруін қамтитын оптогенетика.

Стэнфорд университетінде өз жұмысын бастаған Эд Бойден мен Карл Тесот осы бағыттың бастаушылары болып саналады. Олардың идеясы миниатюралық жарық көздерін пайдаланып нейрондарға әсер ету болды. Бұл үшін жасушалар, әрине, жарыққа сезімтал болуы керек.

Жарыққа сезімтал ақуыздарды - опсиндерді - жеке жасушаларға трансплантациялаудың физикалық манипуляциялары іс жүзінде мүмкін емес болғандықтан, зерттеушілер … нейрондарды вируспен жұқтыруды ұсынды. Дәл осы вирус жасушалардың геномына жарыққа сезімтал ақуызды синтездейтін генді енгізеді.

Бұл технологияның бірнеше ықтимал қолданылуы бар. Соның бірі - тор қабығы зақымдалған көздің көру қабілетін жартылай қалпына келтіру, қалған жарыққа сезімтал емес жасушаларға жарық сезгіш қасиеттерді беру (жануарларға сәтті тәжірибелер бар). Түскен жарықтан туындаған электрлік сигналдарды қабылдай отырып, ми жақын арада олармен жұмыс істеуді үйренеді және оларды сапасы төмен болса да, сурет ретінде түсіндіреді.

Басқа қолданба миниатюралық жарық бағыттағыштары арқылы тікелей мидағы нейрондармен жұмыс істейді. Жарық сәулесінің көмегімен жануарлардың миындағы әртүрлі нейрондарды белсендіру арқылы бұл нейрондардың қандай мінез-құлық реакцияларын тудыратынын байқауға болады. Сонымен қатар, миға «жеңіл» араласудың болашақта емдік мәні болуы мүмкін.