Pomiar aktywności ludzkiego mózgu aż do poziomu komórkowego: Do tej pory było to możliwe tylko w ograniczonym zakresie. Dzięki nowemu podejściu opracowanemu przez naukowców z Uniwersytetu Technicznego w Monachium (TUM) będzie to teraz znacznie łatwiejsze. Metoda opiera się na mikroelektrodach połączonych ze wsparciem dla pacjentów z guzami mózgu, którzy uczestniczą w badaniach podczas „obudzonej” operacji mózgu. Umożliwiło to zespołowi określenie, w jaki sposób nasz mózg przetwarza liczby.
Cyfr używamy na co dzień. Dzieje się to w bardzo konkretny sposób, kiedy liczymy rzeczy. I dzieje się to abstrakcyjnie, na przykład gdy widzimy symbol „8” lub wykonujemy skomplikowane obliczenia.
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Cell Reports pracował z nimi zespół badaczy i klinicystów Szymon JakubI Profesor tłumaczonej neurotechnologii w Oddział Neurochirurgii W Szpitalu Uniwersyteckim Klinikum TUM mogłem pokazać, jak mózg przetwarza liczby. Naukowcy odkryli, że poszczególne neurony w mózgach uczestników były wyspecjalizowane w radzeniu sobie z określonymi liczbami. Każdy z tych neuronów był szczególnie aktywny, gdy prezentowana była „preferowana” przez pacjenta liczba elementów we wzorze kropkowym. W nieco mniejszym stopniu dotyczyło to również manipulowania symbolami liczb.
„Wiedzieliśmy już, że zwierzęta przetwarzają w ten sposób wiele rzeczy” – mówi profesor Jacob. „Jednak do tej pory nie było możliwe ostateczne udowodnienie, jak ten lek działa na ludzi. To przybliżyło nas o krok do odkrycia mechanizmów funkcji poznawczych i opracowania rozwiązań, gdy na przykład coś pójdzie nie tak z tymi funkcjami mózgu”.
Rejestrowanie pojedynczych neuronów jest trudne
Aby dojść do tego wniosku, profesor Jacob i jego zespół musieli najpierw rozwiązać fundamentalny problem. „Mózg działa na podstawie impulsów elektrycznych” — mówi Simon Jacob. „Tak więc wykrywając te sygnały bezpośrednio, możemy dowiedzieć się więcej o percepcji i percepcji”.
Istnieje jednak niewiele możliwości bezpośredniego pomiaru aktywności ludzkiego mózgu. Neurony nie mogą być rejestrowane indywidualnie przez czaszkę. Niektóre zespoły medyczne chirurgicznie wszczepiają elektrody pacjentom z padaczką. Działania te nie docierają jednak do obszaru mózgu, który uważa się za odpowiedzialny za przetwarzanie liczb.
Innowacyjny rozwój ustalonych podejść
Tak więc Simon Jacob i interdyscyplinarny zespół opracowali podejście, które dostosowuje ustalone techniki i otwiera zupełnie nowe możliwości w neuronauce. Sercem procedury są układy mikroelektrod, które zostały szeroko przetestowane w badaniach na zwierzętach.
Aby upewnić się, że elektrody będą generować wiarygodne dane podczas operacji mózgu ludzkiego na jawie, naukowcy musieli je ponownie skonfigurować w ścisłej współpracy z producentem. Sztuczka polegała na zwiększeniu odległości między podobnymi do igieł czujnikami używanymi do rejestrowania aktywności elektrycznej komórki. „Teoretycznie ciasno upakowane elektrody generowałyby więcej danych” – mówi Simon Jacob. „Jednak w praktyce duża liczba kontaktów przytłacza wszczepiony obszar mózgu, tak że nie są rejestrowane żadne użyteczne dane”.
Pacjenci wspierają badania
Opracowanie procedury było możliwe tylko dlatego, że pacjenci z guzami mózgu zgodzili się wesprzeć zespół badawczy. Podczas operacji mózgu pozwalają na wszczepienie czujników i wykonują zadania testowe dla naukowców. Zdaniem Simona Jacoba eksperymentalne zabiegi nie wpłynęły niekorzystnie na pracę zespołu chirurgicznego.
Badania mogą wykonywać kolejne ośrodki medyczne
„Nasza procedura ma dwie główne zalety” — mówi Simon Jacob. Po pierwsze, te operacje guza zapewniają dostęp do znacznie większego obszaru mózgu. „Po drugie, dzięki zastosowanym przez nas elektrodom, które zostały wystandaryzowane i przetestowane w latach eksperymentów na zwierzętach, wiele ośrodków medycznych będzie mogło w przyszłości mierzyć aktywność neuronów” – mówi Jacob. Wyjaśnia, że podczas gdy operacje padaczki są wykonywane tylko w kilku ośrodkach i na stosunkowo niewielkiej liczbie pacjentów, wiele szpitali uniwersyteckich przeprowadza operacje na pacjentach z guzami mózgu. „Dzięki znacznie większej liczbie badań ze standardowymi metodami i czujnikami możemy się wiele dowiedzieć w nadchodzących latach o tym, jak działa ludzki mózg” – mówi Simon Jacob.
Publikacje
VM Eisenkolb, VM Held, A. Utzschmid, X.-X. Lynn, SM Craig, B Meyer, JG Gambet, Jacob SN, „Nagrania ostrych układów mikroelektrod ludzkich z szerokim dostępem korowym, rozdzielczością pojedynczej jednostki i równoległym monitorowaniem zachowania”Raporty komórkowe (2023). DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112467
Więcej informacji i linki
- Badanie było częścią Sieci Innowacji TUM NEUROTECH. W sieciach innowacji TUM naukowcy zajmują się wiodącymi pytaniami badawczymi i badają obszary o wysokim potencjale innowacyjnym na styku klasycznych dyscyplin. Koordynatorem NEUROTECH jest profesor Simon Jacob.
- Projekt ten został również sfinansowany przez Rozpoczęcie stypendium ERC MEMCIRCUIT Przyznany prof. Jakubowi.
/wydanie publiczne. Ten materiał od oryginalnej organizacji/autora(ów) może dotyczyć konkretnego momentu i został zredagowany pod kątem przejrzystości, stylu i długości. Mirage.news nie zajmuje stanowiska ani nie reprezentuje żadnej instytucji, a wszystkie opinie, stanowiska i wnioski wyrażone w niniejszym dokumencie są wyłącznie poglądami autora(ów). Tutaj.
„Całkowity miłośnik kawy. Miłośnik podróży. Muzyczny ninja. Bekonowy kujon. Beeraholik.”
More Stories
NASA poszukuje propozycji pogłębienia wiedzy związanej ze zmianami klimatycznymi
Wnioski o stypendium WSAVA Michael J. Day Scholarship 2024 są już otwarte
Amerykański wyścig księżyca w nowiu to miliarder kontra miliarder