Unglaubliche Technologie: Wie man im Kopf zu sehen

Anmerkung der Redaktion: In dieser wöchentlichen, LiveScience erforscht wie Technologie treibt wissenschaftliche Erforschung und Entdeckung.

Menschlicher Erfahrung zeichnet sich durch das Gehirn, noch viel über diese 3-LB-Orgel bleibt ein Geheimnis. Trotzdem haben Wissenschaftler aus Bildgebung des Gehirns zu Gehirn-Computer-Schnittstellen, beeindruckende Fortschritte gemacht, bei der Entwicklung von Technologien innerhalb des Verstandes Peer.

Bildgebung des Gehirns

Derzeit sehen Wissenschaftler, die das Gehirn untersuchen seine Struktur und seine Funktion. In der strukturellen Bildgebung Schnappschüsse Maschinen groß angelegte Anatomie des Gehirns, die zur diagnose von Tumoren oder Blutgerinnsel, zum Beispiel verwendet werden kann. Funktioneller Bildgebung bietet eine dynamische Ansicht des Gehirns zeigen, welche Bereiche in denken und Wahrnehmung aktiv sind.

Strukturell-bildgebende Verfahren sind CAT-Scans oder Axial Computertomographie, die Bilder der Scheiben durch das Gehirn nimmt durch Röntgenstrahlen an der Spitze aus vielen verschiedenen Blickwinkeln strahlend. CAT oder CT Scans werden häufig verwendet, z. B. eine Hirnverletzung zu diagnostizieren. Eine andere Methode, Positronen-Emissions-Tomographie (PET), erzeugt sowohl 2D als auch 3D Bilder des Gehirns: eine radioaktiv markierte Chemikalie in das Blut injiziert emittiert Gammastrahlen, die ein Scanner erkennt. Und Magnetresonanztomographie (MRT) bietet einen Überblick über die Gesamtstruktur des Gehirns durch die Messung der magnetischen Spin der Atome in einem starken Magnetfeld.

"Es gibt keine Frage, dass MRI wahrscheinlich der beste Weg, das Gehirn zu sehen", sagte Dr. Mauricio Castillo, Radiologe an der University of North Carolina in Chapel Hill und Chefredakteur des American Journal of Neuroradiology.

Im Bereich der funktionellen Bildgebung ist der derzeitige Goldstandard funktionelle MRT (fMRT). Diese Technik misst Veränderungen im Blutfluss in verschiedenen Gehirnregionen als Proxy für den Bereiche aktiv sind, wenn jemand eine Aufgabe wie ein Wort lesen oder Anzeigen eines Bildes ausführt. [Im Inneren des Gehirns: eine Foto-Reise durch die Zeit]

"Der Schwerpunkt liegt heutzutage versuchen, zusammenführen, wie das Gehirn verdrahtet ist, mit der Aktivierung des Cortex [äußerste Schicht des Gehirns]," sagte Castillo.

Mehrere Methoden können zu verschmelzen Gehirnstruktur und -Funktion kombiniert werden. Zum Beispiel MRT und PET Scanner können gleichzeitig ausgeführt werden, und die Bilder können kombiniert werden, um physiologische Aktivität überlagert auf einer anatomischen Karte des Gehirns zeigen. Das Endergebnis lässt sich ein Chirurg sagen die Lage einer Läsion des Gehirns, so dass es entfernt werden kann, sagte Castillo.

Vor kurzem wurde eine neue Technik entwickelt, um buchstäblich sehen, im Inneren des Gehirns. Klarheit genannt (ursprünglich für klare Lipid ausgetauscht Acrylamid-hybridisiert starre Imaging/Immunostaining/In Situ Hybridisierung-kompatiblen Gewebe-hYdrogel), es kann transparent machen, eine (unbelebten) Gehirn ans Licht während seiner Struktur intakt zu halten. Die Technik wurde bereits verwendet, um die neurologische Verdrahtung eines Erwachsenen Maus Gehirns zu visualisieren.

Decodierung Gedanken

Einige Wissenschaftler wollen im Inneren des Gehirns mehr bildlich sehen. Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCIs oder BMIs, Gehirn-Maschine-Schnittstellen), geben Sie Geräte, die eine Verbindung des Gehirns Signale an ein externes Gerät, z. B. ein Computer oder Prothese. BCIs reichen von nicht-invasive, das bestehen von Elektroden auf der Kopfhaut, um mehr invasiven diejenigen, die die Elektroden in das Gehirn implantiert werden müssen.

Nicht-invasive BCIs gehören Kopfhaut-basierte Elektroenzephalographie (EEG), die die Aktivität von vielen Neuronen über große Hirnareale aufzeichnet. Der Vorteil der EEG-basierten Systemen ist, dass sie nicht Chirurgie erfordern. Auf der anderen Seite können diese Systeme nur generalisierte Hirnaktivität erkennen, so dass der Benutzer seine oder ihre Gedanken auf nur eine einzige Aufgabe konzentrieren muss.

Mehr invasive Systeme umfassen Electrocorticography (ECOG) durchgeführt, in denen Elektroden auf der Oberfläche des Gehirns, EEG-Signale aus dem Kortex aufzuzeichnen eingepflanzt werden. Da Wilder Penfield und Herbert Jasper die Technik in den frühen 1950er Jahren Pionierarbeit geleistet, hat es unter anderem genutzt um Gehirnregionen zu identifizieren, wo epileptische Anfälle beginnen.

Etwas BCIs verwenden Sie Elektroden im Inneren der Hirnrinde eingepflanzt. Obwohl diese Systeme mehr invasiv sind, sie haben viel besseren Auflösung und die Signale, die von einzelnen Neuronen abholen können. BCIs können jetzt sogar ermöglichen Menschen mit Querschnittslähmung (Lähmung aller vier Gliedmaßen) zur Steuerung ein Roboterarms durch allein gedacht, oder Benutzern zu buchstabieren von Wörtern auf einem Computerbildschirm mit nur ihren Verstand.

Trotz der vielen Fortschritte noch viel Unbekanntes über das Gehirn. Um diese Lücke zu überbrücken, sind amerikanische Wissenschaftler Einschiffung auf ein neues Projekt, das menschliche Gehirn, von Präsident Barack Obama im April bekannt gegeben, genannt die Gehirn-Initiative (Hirnforschung durch Förderung innovativer Neurotechnologien) zuzuordnen.

Aber Neurowissenschaftler haben ihre Arbeit für sie geschnitten. "Das Gehirn ist vermutlich die komplexeste Maschine im Universum", sagte Castillo. "Wir sind noch weit davon entfernt zu verstehen."

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