Sledování formy jediné myšlenky v mozku

Jedním z dlouhodobých cílů oboru neurozobrazování je porozumět tomu, co si člověk myslí, pouhým pohledem na vzorec jeho mozkové aktivity – v podstatě čtením mysli. I když je tento výkon ještě daleko, vědci z University of New Mexico udělali důležitý krok tím, že zdokonalili techniky neurozobrazování do bodu, kdy mohou spolehlivě detekovat jedinou myšlenku tvořící se v mozku jednotlivce.

Jakmile dobrovolníka napadne slovo, vědci detekují mozkovou aktivitu v oblasti Broca (žlutá šipka), což je část mozku zapojená do jazyka. (Kredit: Stefan Posse, University of New Mexico)

Technika by mohla být použita ke zlepšení klinických aplikací neurozobrazování, jako je diagnostika pacientů, nebo ke studiu kognitivních procesů, které jsou pomíjivé nebo nereprodukovatelné, jako je učení se nové dovednosti. To by mohlo otevřít zcela nový rozměr toho, jak by bylo možné použít fMRI, říká Petr Bandettini , ředitel základního zařízení fMRI v National Institutes of Health v Bethesdě, MD.

Funkční zobrazování magnetickou rezonancí (fMRI) měří množství průtoku krve do různých částí mozku, čímž ukazuje, které oblasti mozku jsou nejaktivnější. Zobrazení mozku, když někdo provádí mentální úkoly, jako je zapamatování si slov nebo matematika, umožňuje nahlédnout do částí mozku, které jsou pro tyto kognitivní procesy klíčové.

Ale mozková aktivita je velmi hlučná, což znamená, že vědci musí rozlišovat relevantní nervové signály od aktivity na pozadí, která může pocházet z dýchání, pohybu nebo dokonce snění subjektu. Pro detekci mozkové aktivity spojené s konkrétním úkolem pak většina fMRI studií průměrných mozkových skenů z opakovaných testů u desítek lidí.

Stefan Posse a kolegové z University of New Mexico vyvíjejí nové způsoby, jak shromažďovat a analyzovat data fMRI, která jim umožňují detekovat mozkovou aktivitu z jediné myšlenky. Vytvořili své vysoce citlivé zobrazovací metody pořízením více snímků za kratší dobu a vyvinutím nových algoritmů pro integraci těchto snímků a pro snížení šumu na pozadí.

Jak je popsáno v článku minulý měsíc v časopise Neuroobraz Posseův tým požádal osm dobrovolníků ležících ve skeneru, aby vymysleli slovo začínající písmenem, které se objevilo na obrazovce nad jejich obličeji. Poté zaznamenali aktivitu v oblasti Brocy, části mozku, která se podílí na generování jazyka.

Vědci zjistili, že dokázali detekovat aktivitu v této oblasti po jediném pokusu přibližně stejně spolehlivě jako v předchozích studiích, které zprůměrovaly výsledky z více pokusů. Můžeme to skutečně vidět na skeneru v reálném čase, říká Posse.

Odborníci tvrdí, že zjištění jsou slibná, i když je ještě musí potvrdit. Je důležité vyzkoušet to v jiných oblastech mozku a s jinými úkoly, abyste viděli, kde to funguje, říká Christopher deCharms, zakladatel společnosti Omneuron, startupu se zobrazováním mozku v Menlo Park, CA.

Vědci se nyní snaží shromáždit další informace z těchto krátkých vzorců mozkové aktivity. Někdy jsme viděli druhý náraz v oblasti Brocy, říká Posse. Subjekty nám pak řekly, že si vymyslely druhé slovo.

Nakonec vědci doufají, že budou schopni odvodit ještě komplikovanější charakteristiky – jako je typ slova, které člověk vygeneroval, zda v něm slovo vyvolalo radost nebo vztek, a nakonec i složitější myšlenky. Pokud můžete vidět aktivitu generovanou jediným slovem, možná také můžete vidět aktivitu z delšího sledu myšlenek, pak komplexních mozkových procesů, říká Posse. Ideou je umět rozložit proud myšlenkových pochodů na jednotlivé myšlenky.

Odborníci na zobrazování mozku tvrdí, že technika, která spolehlivě změří jednotlivé myšlenky, by mohla otevřít nový svět experimentů. Pokud dokážeme uspět v měření dat z jediného pokusu, poskytuje nám to výkonnější metodu, než která byla k dispozici, říká deCharms. Pokud chcete porozumět tomu, jak se výkon sekundu po sekundě mění, můžete sledovat výkon v úkolu, jako je operace nebo let letadlem.

A tato jednoduchá myšlenková metoda by mohla být použita ke studiu samotného procesu učení, což se děje velmi rychle, říká deCharms. První dojem můžete udělat pouze jednou. Aby vědci mohli studovat konkrétní proces učení, museli by změřit rozdíl v mozkové aktivitě mezi prvním, kdy někdo provede novou dovednost, a druhým nebo třetím. Máte-li v průměru přes 20 pokusů, ztratíte hodně přehledu, říká deCharms.

Na klinice by také mohly být užitečné techniky jednozkušebního zobrazování mozku. V současné době se fMRI zřídka používá pro diagnostické nebo terapeutické účely, protože je obtížné získat spolehlivá data z individuálního obrazu mozku. Ale protože techniky fMRI, jako je Posse, umožňují citlivější zobrazování, lékaři budou moci lépe přijímat lékařská rozhodnutí z jednotlivých skenů mozku. Kromě toho, říká Bandettini, schopnost generovat spolehlivé snímky v kratším čase usnadní tento proces jak lékařům, tak pacientům.

skrýt