كيف يبحث العلم السائد الحديث عن الدماغ؟

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

منذ وقت ليس ببعيد ، وفقًا للمعايير التاريخية ، تم الحديث عن الدماغ على أنه "صندوق أسود" ، وظلت العمليات داخله لغزًا. لم تعد الإنجازات العلمية الحديثة تسمح لنا بإعلان ذلك بشكل قاطع. ومع ذلك ، لا تزال هناك أسئلة أكثر بكثير من الإجابات الواضحة في مجال أبحاث الدماغ.

من الصعب للغاية التعرف على هذا النظام ، الذي يحتوي على معلمات عددية كونية وهو في حالة حركة مستمرة ، وهي آليات يمكن ربطها بما نسميه الذاكرة والتفكير. في بعض الأحيان لهذا عليك أن تخترق الدماغ مباشرة. بالمعنى المادي المباشر.

مهما قال المدافعون عن الحياة البرية ، لم يمنع أحد الباحثين حتى الآن من إجراء تجارب على أدمغة القرود والجرذان. ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بالدماغ البشري - دماغ حي بالطبع - فإن التجارب عليه مستحيلة عمليًا لأسباب تتعلق بالقانون والأخلاق. يمكنك الدخول إلى "المادة الرمادية" فقط ، كما يقولون ، بالنسبة للشركة مع الأدوية.

الأسلاك في رأسي

كانت إحدى هذه الفرص التي أتيحت لباحثي الدماغ هي الحاجة إلى العلاج الجراحي لحالات الصرع الشديدة التي لا تستجيب للعلاج بالعقاقير. سبب المرض هو المناطق المصابة من الفص الصدغي المتوسط. هذه هي المناطق التي يجب إزالتها باستخدام طرق جراحة المخ والأعصاب ، ولكن أولاً وقبل كل شيء يجب تحديدها بحيث ، إذا جاز التعبير ، لا "تقطع الزائدة".

كان جراح الأعصاب الأمريكي يتسحاق فرايد من جامعة كاليفورنيا (لوس أنجلوس) من أوائل الذين طبقوا تقنية إدخال أقطاب 1 مم مباشرة في القشرة المخية في السبعينيات. بالمقارنة مع حجم الخلايا العصبية ، كانت للأقطاب الكهربائية أبعاد دائرية ، ولكن حتى هذه الأداة الخام كانت كافية لإزالة متوسط الإشارة الكهربائية من عدد من الخلايا العصبية (من ألف إلى مليون).

من حيث المبدأ ، كان هذا كافياً لتحقيق أهداف طبية بحتة ، ولكن في مرحلة ما تقرر تحسين الأداة. من الآن فصاعدًا ، تلقى القطب المليمتر نهاية في شكل متفرع من ثمانية أقطاب أرق بقطر 50 ميكرومتر.

هذا جعل من الممكن زيادة دقة القياسات حتى تثبيت الإشارة من مجموعات صغيرة نسبيًا من الخلايا العصبية. كما تم تطوير طرق لتصفية الإشارة المرسلة من خلية عصبية واحدة في الدماغ من الضوضاء "الجماعية". كل هذا لم يكن للأغراض الطبية ، ولكن لأغراض علمية بحتة.

ما هي لدونة الدماغ؟

مرونة الدماغ هي القدرة المذهلة لجهاز التفكير لدينا على التكيف مع الظروف المتغيرة. إذا تعلمنا مهارة وقمنا بتدريب الدماغ بشكل مكثف ، تظهر سماكة في منطقة الدماغ المسؤولة عن تلك المهارة. الخلايا العصبية الموجودة هناك تنشئ روابط إضافية ، مما يعزز المهارات المكتسبة حديثًا. في حالة حدوث تلف لجزء حيوي من الدماغ ، يقوم الدماغ أحيانًا بإعادة تطوير المراكز المفقودة في المنطقة السليمة.

الخلايا العصبية المسماة

كان موضوع البحث أشخاصًا ينتظرون جراحة الصرع: بينما كانت الأقطاب الكهربائية الموجودة في القشرة الدماغية تقرأ إشارات من الخلايا العصبية لتحديد منطقة التدخل الجراحي بدقة ، أجريت تجارب مثيرة للغاية على طول الطريق. وكان هذا هو الحال عندما جلبت أيقونات ثقافة البوب - نجوم هوليوود ، الذين يمكن التعرف على صورهم بسهولة من قبل غالبية سكان العالم ، فوائد حقيقية للعلم.

عرض زميل العمل والطبيب وعالم الفسيولوجيا العصبية رودريجو كيان كيروغا على جهاز الكمبيوتر المحمول الخاص به مجموعة مختارة من الصور المرئية المعروفة ، بما في ذلك الشخصيات الشهيرة والهياكل الشهيرة مثل دار أوبرا سيدني.

عندما عُرضت هذه الصور ، لوحظ النشاط الكهربائي للخلايا العصبية الفردية في الدماغ ، و "شغّلت" صور مختلفة خلايا عصبية مختلفة. على سبيل المثال ، تم تثبيت "خلية عصبية لجنيفر أنيستون" ، والتي يتم "إطلاقها" كلما ظهرت صورة لهذه الممثلة الرومانسية على الشاشة. مهما كانت الصورة التي عُرضت على أنيستون للموضوع ، فإن العصبون "اسمها" لم يفشل. علاوة على ذلك ، فقد نجح أيضًا عند ظهور إطارات من المسلسل التلفزيوني الشهير على الشاشة ، حيث قامت ببطولة الممثلة ، حتى لو لم تكن هي نفسها في الإطار. لكن على مرأى من الفتيات اللواتي بدأن مثل جينيفر فقط ، كانت العصبون صامتة.

كانت الخلية العصبية المدروسة ، كما اتضح فيما بعد ، مرتبطة بدقة بالصورة الشاملة لممثلة معينة ، وليس على الإطلاق بالعناصر الفردية لمظهرها أو لباسها. وقد قدم هذا الاكتشاف ، إن لم يكن مفتاحًا ، دليلًا لفهم آليات الاحتفاظ بالذاكرة على المدى الطويل في الدماغ البشري.

الشيء الوحيد الذي منعنا من المضي قدمًا هو نفس اعتبارات الأخلاق والقانون ، والتي تم ذكرها أعلاه. لم يتمكن العلماء من وضع أقطاب كهربائية في أي مناطق أخرى من الدماغ ، باستثناء تلك التي خضعت لأبحاث ما قبل الجراحة ، وكانت الدراسة نفسها ذات إطار زمني طبي محدود.

جعل ذلك من الصعب جدًا العثور على إجابة لسؤال ما إذا كانت الخلايا العصبية لجنيفر أنيستون ، أو براد بيت ، أو برج إيفل موجودة بالفعل ، أو ربما نتيجة للقياسات ، عثر العلماء عن طريق الخطأ على خلية واحدة فقط من شبكة كاملة. متصلة ببعضها البعض عن طريق وصلات متشابكة ، وهي المسؤولة عن الحفاظ على صورة معينة أو التعرف عليها.

اللعب بالصور

مهما كان الأمر ، استمرت التجارب ، وانضم إليها موران سيرف - شخصية متعددة الجوانب للغاية. إسرائيلي المولد ، جرب نفسه كمستشار أعمال ، وهاكرز ، وفي الوقت نفسه مدربًا لأمن الكمبيوتر ، وكذلك فنانًا وكاتبًا للكتب المصورة ، وكاتبًا وموسيقيًا.

كان هذا الرجل الذي لديه مجموعة من المواهب الجديرة بعصر النهضة هو الذي تعهد بإنشاء نوع من واجهة الجهاز العصبي على أساس الخلايا العصبية لجنيفر أنيستون وما شابه. هذه المرة ، تم تسمية 12 مريضًا من المركز الطبي باسم ف. رونالد ريغان في جامعة كاليفورنيا. في سياق الدراسات السابقة للجراحة ، تم إدخال 64 قطبًا كهربائيًا منفصلاً في منطقة الفص الصدغي المتوسط. في موازاة ذلك ، بدأت التجارب.

يعد تطوير علوم النشاط العصبي العالي بآفاق لا تصدق: سيكون الناس قادرين على فهم أنفسهم بشكل أفضل والتعامل مع الأمراض المستعصية الآن. لا يزال الجانب الأخلاقي والقانوني للتجارب على دماغ بشري حي يمثل مشكلة.

عُرض على الناس لأول مرة 110 صورة لموضوعات ثقافة البوب. نتيجة لهذه الجولة الأولى ، تم اختيار أربع صور ، حيث تم تسجيل إثارة الخلايا العصبية في أجزاء مختلفة من المنطقة المدروسة من القشرة بشكل واضح في عشرات الموضوعات بأكملها. بعد ذلك ، تم عرض صورتين في وقت واحد على الشاشة ، متراكبتين على بعضهما البعض ، وكان لكل منهما شفافية بنسبة 50٪ ، أي أن الصور كانت تتألق من خلال بعضها البعض.

طُلب من الموضوع زيادة سطوع إحدى الصورتين عقليًا ، بحيث يحجب "منافسه". في هذه الحالة ، أنتجت الخلية العصبية المسؤولة عن الصورة التي يركز عليها انتباه المريض إشارة كهربائية أقوى من الخلايا العصبية المرتبطة بالصورة الثانية. تم إصلاح النبضات بواسطة أقطاب كهربائية ، ودخلت إلى وحدة فك التشفير وتحولت إلى إشارة تتحكم في سطوع (أو شفافية) الصورة.

وهكذا ، كان العمل الفكري كافياً تماماً لكي تبدأ إحدى الصور "بضرب" الصورة الأخرى.عندما طُلب من المشاركين عدم التكثيف ، ولكن على العكس من ذلك ، جعل إحدى الصورتين شاحبتين ، عمل الارتباط بين الدماغ والكمبيوتر مرة أخرى.

ضوء رئيسي

هل كانت هذه اللعبة الشيقة تستحق الحاجة لإجراء تجارب على الأحياء وخاصة أولئك الذين يعانون من مشاكل صحية خطيرة؟ وفقًا لمؤلفي المشروع ، كان الأمر يستحق كل هذا العناء ، لأن الباحثين لم يرضوا اهتماماتهم العلمية ذات الطبيعة الأساسية فحسب ، بل حاولوا أيضًا الوصول إلى مناهج لحل المشكلات التطبيقية تمامًا.

إذا كانت هناك خلايا عصبية (أو حزم من الخلايا العصبية) في الدماغ متحمسة لرؤية جينيفر أنيستون ، فلا بد من وجود خلايا دماغية مسؤولة عن المفاهيم والصور الأكثر أهمية للحياة. في الحالات التي يكون فيها المريض غير قادر على التحدث أو الإشارة إلى مشاكله واحتياجاته بالإيماءات ، فإن الاتصال المباشر بالدماغ سيساعد الأطباء على التعرف على احتياجات المريض من الخلايا العصبية. علاوة على ذلك ، كلما تم إنشاء المزيد من الجمعيات ، زاد قدرة الشخص على التواصل عن نفسه.

ومع ذلك ، فإن القطب الكهربي المدمج في الدماغ ، حتى لو كان قطره 50 ميكرون ، هو أداة بدائية للغاية لاستهداف خلية عصبية معينة بدقة. هناك طريقة أكثر دقة للتفاعل وهي علم البصريات الوراثي ، والتي تتضمن تحويل الخلايا العصبية على المستوى الجيني.

يعتبر إد بويدن وكارل ثيسوت ، اللذان بدآ عملهما في جامعة ستانفورد ، من رواد هذا الاتجاه. كانت فكرتهم هي العمل على الخلايا العصبية باستخدام مصادر الضوء المصغرة. لهذا ، يجب أن تكون الخلايا ، بالطبع ، حساسة للضوء.

نظرًا لأن التلاعب المادي بزرع البروتينات الحساسة للضوء - الأوبسين - في الخلايا الفردية يكاد يكون مستحيلًا ، اقترح الباحثون … إصابة الخلايا العصبية بفيروس. هذا الفيروس هو الذي سيُدخل الجين الذي يصنع بروتينًا حساسًا للضوء في جينوم الخلايا.

هذه التكنولوجيا لها العديد من الاستخدامات المحتملة. أحدها هو استعادة جزئية للرؤية في عين مصابة بتلف في الشبكية عن طريق نقل خصائص حساسة للضوء إلى الخلايا غير الحساسة للضوء المتبقية (توجد تجارب ناجحة على الحيوانات). عند تلقي الإشارات الكهربائية الناتجة عن الضوء الساقط ، سيتعلم الدماغ قريبًا العمل معها وتفسيرها كصورة ، وإن كانت ذات جودة منخفضة.

تطبيق آخر يعمل مع الخلايا العصبية مباشرة في الدماغ باستخدام أدلة ضوئية مصغرة. من خلال تنشيط الخلايا العصبية المختلفة في دماغ الحيوانات بمساعدة شعاع من الضوء ، من الممكن تتبع الاستجابات السلوكية التي تسببها هذه الخلايا العصبية. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون للتدخل "الخفيف" في الدماغ قيمة علاجية في المستقبل.