A tudósok fedezhetik fel, hogyan kell "elrejteni az agyat" anélkül, hogy sebészeti beavatkozásra kerülnének

Számos törvényes tudomány - plusz egy csomó tudományos sci-fi - megvitatja az „agyi hackelés” módjait. Ami azt jelenti, hogy valójában a legtöbb esetben - még a kitalált példákban is - műtétet, a koponyát a vezetékek vagy eszközök fizikai beültetésére nyitja meg. az agyba.

De ez nehéz, veszélyes és potenciálisan halálos. Okosabb lenne az agygal dolgozni anélkül, hogy a beteg koponyáit kellene megnyitni. A neurológiai rendellenességek gyakoriak, amelyek világszerte több mint egy milliárd embert érintenek, minden korosztálytól, nemtől és az oktatási és jövedelmi szinttől. Neurotechnikai csapatom kutatása, a bioinstruktúra-tudományág szélesebb körű erőfeszítéseinek részeként, a különböző neurológiai rendellenességek, például a szklerózis multiplex, az autizmus spektrum zavarai és az Alzheimer-kór megértése és enyhítése felé irányul.

Ön is tetszik: Videó mutatja, hogy az agyi tű, amely az embereken tesztelt

A koponyán kívüli agyi aktivitás azonosítása és befolyásolása végül lehetővé teszi az orvosok számára, hogy invazív sebészet nélkül diagnosztizálják és kezeljék a legyengítő idegrendszeri betegségek és a mentális zavarok széles skáláját.

Lásd még: A „Terápiás molekulák” használatával esetleg fordított memóriaveszteség lehet

Vezeték nélküli kapcsolatok az agyon belül

Képviselőcsoportom úgy véli, hogy mi vagyunk az elsők, akik felfedeztek egy új módot az idegsejtek kommunikációjában. Az idegek jól ismertek, hogy fizikai kapcsolatokon keresztül kapcsolódnak - vagy mi lehet „vezetékes” kapcsolatok -, amelyekben egy idegsejt axonjai elektromos és kémiai jeleket küldenek a szomszédos sejtek dendritjeire.

Vizsgálataink azt találták, hogy az idegsejtek vezeték nélkül is kommunikálnak, a vezetékes tevékenység segítségével saját apró elektromos mezőket hoznak létre, és érzékelik a szomszédos sejtek által létrehozott mezőket. Ez több idegi útvonal kialakulásának lehetőségét eredményezi, és segít megmagyarázni, hogy az agy különböző részei milyen gyorsan kapcsolódnak a bonyolult feladatok végrehajtása során.

Az elektromos mezőket a koponyán kívülről tudtuk nyomon követni, hatékonyan hallgatva az idegkommunikációt. Reméljük, hogy segítünk abban, hogy alternatív, egészséges kapcsolatokat találjunk a sclerosis multiplex által károsodott idegekre, vagy az autizmus spektrum zavarából eredő idegaktivitást egyensúlyba hozzuk, vagy a neuronokat, hogy együtt gyulladjanak ki bizonyos mintákban, és helyreállítsák az Alzheimer-kór következtében elvesztett hosszú távú emlékeket.

Konkrétan azt találtuk, hogy amikor az agyban egy szigetelt vagy myelinizált idegszál aktív, és a jelek a cselekvési potenciálként ismert hosszúságban jelennek meg, akkor a speciális régiók hosszúsága nagyon kis elektromos mezőt hoznak létre. A Ranvier csomópontjainak nevezett cellás régiók olyan kis antennákként működnek, amelyek elektromos jeleket továbbíthatnak és fogadhatnak.

A két, rendkívül specializált struktúra - a mielinhéj vagy a Ranvier csomópontjának - bármilyen megszakadása nemcsak neurológiai diszfunkciót eredményez, hanem a környező elektromos tér változását is.

Idegek hallgatása

A technológiai kihívás magában foglalja az agy bizonyos részeinek pontos megcélzását, hogy figyeljünk rá. A készüléknek nagyjából az emberi haj átmérőjéből származó jeleket kell kapnia, több centiméter mélyen az agyban.

Az egyik módja annak, hogy egy kis számú rugalmas antennapadot helyezzünk a koponyára, hogy létrehozzuk azt, amit „agy objektívnek” nevezünk. Olyan metamateriális anyagokat tervezünk és kísérletezünk, amelyek a molekuláris szinten kifejlesztett anyagokból származnak, amelyek különösen jóak a nagy pontosságú antennákként való működtetésre, melyeket nagyon specifikus helyekről érkező jelek fogadására lehet beállítani.

Nincs fájdalom, de potenciálisan nagy nyereség

Az idegek közötti vezeték nélküli kommunikáció meghallgatásával azonosíthatjuk az agy azon területeit, ahol az elektromos mezők jelzik, hogy vannak problémák. Az ideg aktivitásának - vagy a tevékenység hiányának - részletes jellemzői nyomokat adhatnak arra vonatkozóan, hogy az agyban milyen konkrét probléma merül fel. Ezek az eredmények segíthetnek a potenciális egészségügyi állapotok diagnosztizálásában sokkal könnyebben, mint a jelenlegi módszerek.

Nézd meg például, hogy egy beteg esetében egy 38 éves nőt „Bianca” -nak hívjuk, akit többszörös szklerózis diagnosztizáltak, az agy és a gerincvelő degeneratív betegsége, amelynek nincs ismert gyógyítása. A szklerózis multiplexben szenvedő betegek immunrendszere károsítja a mielin hüvelyét a Ranvier csomópontjai között, ami kommunikációs problémákat okoz az agy és a test többi része között. Ez a kár radikálisan megváltoztatja az érintett idegek aktivitását.

Betegségének előrehaladásának nyomon követése érdekében a Bianca gerinccsapokkal rendelkezik, hogy megnézze, hogy a gerincfolyadékának magas-e az MS-hez kapcsolódó bizonyos antitestek. Az MRI-nek is megvizsgálták, hogy felfedje az agyának a területét, ahol a mielin sérült, és további vizsgálattal szembesül, hogy meghatározza, hogy az idegrendszeren keresztül milyen gyorsan terjed az információ.

Az agy lencséjének használatával az orvosok a fájdalmas gerinccsapok és a kényelmetlen és időigényes MRI-k és a CT-k vizsgálata során felügyelhetik a Bianca agyát. Lehet, hogy egy nap megengedi, hogy a Bianca nyomon kövesse a saját agyát, és elküldi az adatokat a szakemberének értékelésre.

Terápiás kezelés kábítószer és sebészet nélkül

Emellett reméljük, hogy megközelítésünk olyan új terápiákhoz vezethet, amelyek a betegek számára is könnyebbek. A Bianca jelenleg számos olyan gyógyszert szed, amelyek jelentős egészségügyi kockázatokat hordoznak, és gyakran érezni, és fáradtnak érezni. Ő egy a sok közül, aki egy másik terápiás lehetőséget szeretne kipróbálni.

Ez a munka azt tervezi, hogy túlmutat az agyai régióinak azonosításán, ahol az elektromos mezők egészségtelen körülményeket jeleznek. A számítógépes hálózati menedzsment és a fejlett digitális hálózatok által inspirálva, amelyek a jeleket a sérült vagy megszakított területekre irányítják, olyan módszert dolgozunk ki, amellyel fejbőrfolt-rendszerünk üzeneteket küldhet az agyba is.

Lásd még: A Brain-Computer Interface az egyszerű gondolatokat a beszédbe fordíthatja

Mindegyik sérült idegszál általában az egyik idegszálas csomagban van, amely a szomszédos idegszálak jellemzően egészségesek. Készülékünk segíthet azonosítani a myelin károsodást okozó helyeket, és a sérülések előtt kövesse az idegszálakat, hogy a zavartalan jeleket vegye fel. Ezután az agy lencséjét használnánk, hogy továbbküldje a kiegészítő elektromos mezőket az agyba, elküldve az egészséges jeleket a myelin károsodás körüli területekre, hogy ösztönözze a szomszédos idegszálakat a sérült szálak által küldött üzenetek szállítására.

Eddig sikerült szimulálni ezt a megközelítést egy szuper számítástechnikai környezetben, ahol az agyideg paramétereit klinikai kutató laboratóriumok szolgáltatták. Az elkövetkező hónapokban az agy objektív prototípusát építjük és teszteljük. Az agyba hallgatás és az ezzel való kommunikáció lenyűgöző új lehetőségeket kínál az orvosi diagnózis és a műtét nélküli kezelés számára.

Ezt a cikket eredetileg a Salvatore Domenic Morgera The Conversation című kiadványában tették közzé. Olvassa el az eredeti cikket itt.