Cum Funcționează Maparea Creierului

{h1}

Cartografierea creierului încearcă să ofere o imagine completă a structurii creierului. Aflați cum funcționează cartografierea creierului și de ce este o descoperire atât de științifică.

Creierul uman este un nod de 100 de miliarde de neuroni și celule de sprijin. Putem stoca acolo o viață de amintiri. Îl putem folosi pentru a scrie sonete și pentru a construi avioane. Sigur, creierul unui elefant este mai mare, cântărește mai mult și are mai mulți neuroni, dar și elefanții le lipsesc capacitățile. Intrigat? Oamenii de știință sunt siguri. Acesta este un motiv pentru care acestea cartografie creierul uman, un proiect substanțial care ar putea dura zeci de ani până la finalizare.

Cartografierea creierului încearcă să coreleze structura creierului cu funcția sa sau să găsească ce părți ne oferă anumite abilități. De exemplu, ce aspect al creierului nostru ne permite să fim creativi sau logici? Aceasta se numește localizarea funcției.

În cartografierea funcțiilor creierului, oamenii de știință folosesc imagistica pentru a urmări creierul lucrând la diferite sarcini. Charles Wilson, neurobiolog la Universitatea Texas din San Antonio, explică localizarea funcției în acest fel:

Există o parte a creierului care are de a face în primul rând cu vederea și alte părți care au de a face în primul rând cu sunetul. Acum, putem privi în secțiunea viziunii și să spunem: Există o parte specială a creierului care detectează obiecte roșii și alta care detectează obiecte verzi? Sau în aceeași zonă detectează obiecte de ambele culori?

Cartografierea creierului arată de asemenea din exterior. Acesta examinează modul în care mediul nostru schimbă structura creierului nostru, studiând, de exemplu, modul în care creierul se schimbă fizic prin procesele de învățare și îmbătrânire. Cartografierea creierului examinează, de asemenea, ce se întâmplă fizic în creier în timpul bolilor mintale și al altor boli ale creierului.

În cele din urmă, maparea creierului își propune să ne ofere o imagine detaliată a structurii creierului nostru. Google Earth ne arată imagini prin satelit ale planetei noastre și face zoom pe continente, țări, state, orașe, autostrăzi, străzi și clădiri. O hartă structurală completă a creierului nostru ar putea fi similară. Ne-ar putea arăta întregul creier; toate regiunile, lobii funcționali, centrele de specialitate, „pachetele” de neuroni groși care leagă părțile creierului, circuitele neuronale, neuronii singuri, joncțiunile dintre neuroni și, în final, părțile neuronale. Oamenii de știință încă dezvoltă părțile care ar putea forma această hartă masivă.

Maparea creierului este o colecție de multe instrumente diferite. Cercetătorii trebuie să colecteze imagini ale creierului, să transforme acele imagini în date și apoi să le folosească pentru a analiza ce se întâmplă în creier pe măsură ce se dezvoltă.

Citiți mai departe pentru a afla cum cercetează hartii creierului.

Tehnologia și metodele de mapare a creierului

Am ajuns departe de asta.

Am ajuns departe de asta.

Oamenii de știință folosesc multe metode pentru a studia structura și funcția creierului. Ei fac poze cu creierele sănătoase și le compară cu creierele bolnave. În plus, ei examinează creierele prelevate de la oameni, primate și mamifere mici și încearcă să înțeleagă cum funcționează sistemele nervoase mai mici ale nevertebratelor. La nivel microscopic, ei examinează și neuronii.

Iată câteva instrumente utilizate în cartografierea creierului. Aceste tehnici iau imagini ale creierului:

  • Scanare computerizată tomografie axială (CAT) Radiază X creierul din multe unghiuri și prezintă anomalii structurale.
  • Structural imagistică prin rezonanță magnetică profită de apa din creier pentru a crea imagini cu o rezoluție mai bună decât o scanare CAT.
  • Tensor de difuzie-RMN (DTI) imagini „tracturi” de neuroni care conectează regiunile creierului urmărind mișcarea apei în creier.

Aceste tehnici examinează activitatea creierului:

  • Electroencefalografie (EEG) indică locații electrice active în creier, folosind detectoare implantate în creier sau purtate pe o șapcă.
  • Tomografie cu emisie de pozitroni (ANIMAL DE COMPANIE) face imagini cu markeri radioactivi în creier.
  • RMN funcțional (fMRI) arată imagini ale activității creierului în timp ce subiecții lucrează la diverse sarcini.
  • RMN funcțional farmacologic (RMN) arată activitatea creierului pe măsură ce medicamentele sunt administrate.
  • Stimulare magnetică transcanală (TMS) stimulează noninvaziv părți ale creierului pentru a declanșa anumite comportamente.

-Numele metode permit cercetătorilor să vadă toate conexiunile dintre neuroni într-un creier intact. Această ramură de studiu este numită connectomics. „Schema de cablare” a unui creier se numește a Connectome [sursa: Lichtman]. "Până de curând, nu am avut nicio speranță să obținem aceste diagrame de cablare", spune Jeff Lichtman, un biolog de la Harvard care a condus grupul care a dezvoltat unele dintre noile tehnici. Am putea vedea celule individuale, dar niciodată toate simultan.

Cum funcționează maparea creierului: care

Brainbow a etichetat neuronii din acest creier transgenic de mouse cu aproximativ 90 de combinații de culori diferite.

O astfel de tehnică, cunoscută sub numele de Brainbow, etichetează fiecare neuron din creierul unui animal viu o culoare diferită. Prin generarea de imagini ale creierului animalului, oamenii de știință pot vedea unde și cum se conectează neuronii între ei. Pe măsură ce animalul crește și îmbătrânește, ei pot urmări și modul în care neuronii schimbă conexiunile.

O altă tehnică folosește ATLUM, sau ultramicrotom strungar automat pentru colectarea benzii. Această mașină citește schema de cablare a unui creier. „Facem ceva asemănător cu împânzirea unui măr”, explică Lichtman. "În mod esențial, ne radiem o tăietură spirală în timp ce rotim creierul pe un strung și punem această panglică de țesut pe o bandă. În cele din urmă vom obține o bandă extrem de lungă, care este în esență întregul creier. Folosind un microscop electronic, vom face imagine care să vadă structura cablajului. "

Până în prezent, Brainbow și ATLUM sunt folosite doar pentru a studia animalele cu creiere relativ mici, precum șoarecii.

Deci, ce rost are? Ce poate face, dacă este ceva, realizarea mapării? Aflați ce putem învăța din cartografierea creierului uman pe pagina următoare.

Poate un IRMM studia durerea?

Într-un studiu efectuat la Oxford Center pentru rezonanța magnetică funcțională a creierului din Marea Britanie, cercetătorii au înregistrat imagini cu creierul pacienților în timp ce pielea lor era arsă și pe măsură ce pacienții primeau doze crescânde de calmant. Centrele de durere în creierul pacienților au devenit mai puțin active pe măsură ce dozele de medicamente au crescut. Această măsură simplă a efectului unui medicament în creier poate fi în cele din urmă folosită pentru testarea medicamentelor psihiatrice [sursa: Matthews].

Utilizări ale mapării creierului

De ce ar lua oamenii de știință sarcina dificilă a mapării creierului? Răspunsul este simplu, spune Lichtman: să înțelegem creierul mai intim. Nu am văzut niciodată o diagramă a modului în care se conectează toți neuronii din creier. După cum afirmă Jeff Lichtman, „O mare parte din gândirea noastră despre creier se bazează pe cunoașterea incompletă a ceea ce este de fapt acolo. Așadar, am dori să vedem ce este de fapt acolo”.

Diagrama de cablare a creierului ne poate ajuta să înțelegem mai bine cum învățăm și ne adaptăm, spune Lichtman. „Începem să fim mai puțin adaptați la mediul nostru decât orice alt animal. Când suntem adulți, putem folosi instrumente pe care moștenirea noastră genetică nu le-ar fi putut învăța sistemul nervos să le folosească - precum iPod-urile. animalul poate face asta. În timpul dezvoltării noastre, trebuie să ne conectăm pentru a [putea fi] în măsură să folosim aceste mașini. "

Cartografierea creierului este, de asemenea, utilă pentru medici. Neurochirurgii folosesc cartografierea creierului pentru a planifica intervenții chirurgicale mai sigure. Un tratament pentru epilepsie, de exemplu, îndepărtează partea afectată a creierului. Folosind RMN funcțional și EEG, chirurgii pot localiza centrul convulsiei în creierul unui pacient - precum și în zone care sunt active în timpul vorbirii și în mișcare - în jos la milimetru. Aceste imagini spun medicilor ce să plece și ce să decupeze.

Imagistica creierului nu este utilizată numai în tratament. Este utilizat pentru diagnosticarea bolilor neurodegenerative precum Parkinson și Alzheimer [sursa: Wilson]. Folosind tehnici de etichetare precum PET-ul, medicii caută picături în anumite substanțe chimice ale creierului sau pot folosi RMN-ul pentru a examina contracțiile din zonele care prezintă pierderi de țesut. De-a lungul timpului, medicii pot cartografia cum arată creierul pe măsură ce bolile progresează sau pe măsură ce tratamente funcționează [sursa: Institutul pentru Tulburările neurodegenerative].

Tulburările de dezvoltare precum autismul pot avea o bază structurală în creier. Lichtman subliniază că se consideră că autismul implică o serie de conexiuni greșite între neuroni. Prin aplicarea lui Brainbow la un mouse cu autism, cercetătorii ar putea vedea evoluția diagramei de cabluri pentru a afla cum, când și dacă cablarea nu merge bine.

Oamenii de știință au căutat, de asemenea, să ilustreze efectele diferitelor boli mintale din creier, cu un anumit succes. Imaginile cerebrale la acești pacienți au evidențiat anomalii structurale. De exemplu, RMN-ul structural a arătat că pacienții schizofrenici pierd materie în temporal și cortexul prefrontal în timp [Sursa: Rapoport]. Aceste descoperiri nu au dus încă la tratamente.

Tulburarea de panică, tulburarea bipolară, depresia, anxietatea, tulburările alimentare și multe altele sunt examinate folosind diferite tehnici de imagistică a creierului, dar cum interpretăm rezultatele oamenilor de știință? Mai important, unde le putem vedea? Aflați pe pagina următoare.

Sarcasm mapat. Conștiința încă evazivă.

Medicii și oamenii de știință au învățat mai multe despre cartografierea creierului decât poate acoperi acest articol. Iată două aspecte importante:

  • Sarcasm: Detectăm sarcasmul folosind o regiune a creierului numită gyrus parahippocampal drept. Cercetătorii au descoperit acest lucru folosind RMN-ul funcțional la pacienții cu deteriorare în această regiune și au pierdut tot simțul sarcasmului [sursa: Hurley].
  • Constiinta: Potrivit lui Rodolfo Llinas de la New York University, putem împărți creierul într-un centru de sincronizare adânc în creier și bucle de neuroni care ne oferă o gândire mai înaltă. Ne simțim conștienți când centrul ține buclele să funcționeze în armonie. Dar dacă oricare dintre părți este deteriorată, s-ar putea să pierdem o parte sau toată conștiința, spune Nicholas Schiff la Cornell Medical Weill University. Acest lucru poate explica de ce pacienții fără semne exterioare de conștiință de ani de zile pot arăta o activitate complet normală a creierului ca răspuns la o voce familiară. Au bucle care lucrează izolat, ca rețelele neuronale care procesează limbajul [sursa: Zimmer].

Atlasul creierului: Cum folosim hărțile creierului

Co-fondatorul Microsoft, Paul G. Allen, promovează finalizarea Allen Brain Atlas de pe Capitol Hill în septembrie 2006. Proiectul studiază expresia genelor din creierul mouse-ului.

Co-fondatorul Microsoft, Paul G. Allen, promovează finalizarea Allen Brain Atlas pe Capitol Hill în septembrie 2006. Proiectul studiază expresia genelor din creierul mouse-ului.

Neuroinformatica plasează toate datele pe care le avem pe creier pe Internet într-o formă utilizabilă. Datele includ imagini, modele ale comportamentului neuronilor și hărți ale genelor care sunt „activate” în diferite regiuni ale creierului. Facând ca datele să poată fi făcute și să poată fi căutate, cercetătorii creierului se pot extrage din studiile celuilalt și pot descoperi mai multe.

Inginerii scriu software pentru a ajuta cercetătorii creierului să împărtășească și să compare date. Software-ul analizează acum, de exemplu, dacă RMN-urile pacienților cu Alzheimer cu diferite dimensiuni și forme ale creierului au caracteristici similare ale creierului. Sunt bărbații cu o anumită arhitectură a creierului predispuși la tulburarea bipolară? La această întrebare, precum și la multe altele, i se poate răspunde într-o zi prin programe de calculator care reanalizează imaginile pacienților trecuți mai degrabă decât prin studierea celor noi.

Iată exemple de atlase cerebrale pe care cercetătorii le pot extinde pentru răspunsuri:

  • Allen Mouse Brain Atlas: Creierul mouse-ului exprimă 21.000 de gene. Cercetătorii au tăiat creierul și au fost colorați unde este exprimată fiecare genă. Vizitatorii pot privi fotografii sau modele 3-D ale creierului pentru gena lor de interes [sursa: Institutul Allen pentru Științele Creierului].
  • Allen Atlasul cortexului uman: Cortexul nostru cerebral ne permite să gândim, să rezonăm și să ne amintim. Cercetătorii au redus și asta. De asemenea, au colorat unde sunt exprimate 1.000 de gene - și numărare -. Puteți chiar naviga pe imagini [Sursa: Allen Institute for Brain Science].
  • Atlasul creierului întreg: Stochează imagini ale creierului uman pe măsură ce îmbătrânește și combate bolile [sursa: Becker].

Imaginile nu sunt singura sursă de informații. Iată exemple de baze de date pe care le folosesc cercetătorii creierului:

  • NeuronDB oferă diagrame ale neuronilor specifici din creierul uman și vă spune ce intrări îi determină să tragă [sursa: Marenco].
  • ModelDB stochează modele matematice ale modului în care neuronii și rețelele de neuroni transmit semnale electrice. „Colecția de milioane de celule care face asta devine mișcare, senzație, cogniție, emoție și experiență umană”, spune Wilson. „Pentru a realiza un model al funcției creierului, începem cu asta” [sursa: Ciobanul].

Acum că putem să mapăm creierul uman, cât de departe am ajuns? Am terminat? Suntem chiar aproape? Aflați pe pagina următoare.

Harta creierului complet

O femeie examinează o expoziție din Dresda, Germania, arătând procesele neurobiologice ale creierului uman. Am putea în cele din urmă să mapăm emoțiile ca fericirea?

O femeie examinează o expoziție din Dresda, Germania, arătând procesele neurobiologice ale creierului uman. Am putea în cele din urmă să mapăm emoțiile ca fericirea?

După ce și-au imaginat creierele populațiilor suficient de mari pentru a genera statistici, cercetătorii au realizat hărți creier sofisticate. Există hărți care să ilustreze unde pierdem volumul creierului odată cu înaintarea în vârstă, pe măsură ce SIDA progresează și pe măsură ce folosim metamfetamine.

Cum ar arăta o hartă completă a creierului uman? Asta depinde de interesele tale. Dacă îți dorești să cunoști structura creierului, s-ar putea să vrei să vezi acea ipotetică versiune Google Earth care poate începe cu o imagine a cortexului nostru și să te apropii de numărul neuronului 888.898.432.857.

Această hartă completă, de tip Google Earth, este blocată în multe puncte. Un astfel de punct este imagistica tuturor neuronilor creierului uman și a conexiunilor acestora. Chiar și obținerea acestor date la șoarece este dureroasă, afirmă biologul Harvard Jeff Lichtman. În ritm ATLUM iar un microscop electronic funcționează acum, obținerea unei hărți a tuturor neuronilor interconectați din creierul mouse-ului ar dura 200.000 de săptămâni, estimează Lichtman. Datele ar fi „mai mari decât toate datele de pe Internet - mai mari decât toate datele din toate bibliotecile din lume”, spune el. „În momentul de față, genul de stocare posibil pe computere nu este suficient de activ.” Singurul „creier” pentru care avem o hartă completă a neuronilor interconectați aparține C. elegans, "un vierme care are un milimetru lung și are 300 de celule nervoase", spune Lichtman.

Din nou, definiția dvs. de o hartă completă a creierului depinde de interesele dvs. Dacă ești un neuropsihiatru, de exemplu, o hartă completă a creierului ar putea fi o imagine în timp care arată cum tulburarea bipolară se desfășoară în creier de la naștere până la primul simptom și ce face litiu pentru a opri procesul.

S-ar putea să nu fie suficient pentru dumneavoastră. Poate doriți să știți care este funcția creierului la fiecare centimetru. Din păcate, asta este imposibil. Nu putem capta funcții care se întâmplă prea repede sau prea încet, spune neurobiologul Charles Wilson. Alte procese durează toată viața. Niciun studiu imagistic nu a urmat pe cineva de la naștere până la moarte. „Nu există nicio metodă pe care o cunoaștem despre manevre de fiecare dată de interes. Nici o metodă nu știm despre mânuiri mai mult decât o mică parte din ea”, spune Wilson. În acest moment, Lichtman spune că nu există niciun efort actual pentru a integra toate aceste hărți într-una.

Dar Wilson nu există niciun motiv fundamental pentru care nu putem avea în cele din urmă - sau toate - aceste hărți, spune Wilson. "Problemele sunt toate problemele tehnologice practice care pot fi depășite. Ca în cazul oricărei hărți, dacă începeți cu o hartă brută, este mai bine decât nicio hartă. Și nu aveți nevoie de o hartă nouă. Trebuie doar să adăugați informații la vechea hartă pentru a-l face mai rafinat. Nu ne vom trezi într-o zi și vom avea acest lucru. Vom adăuga puțin azi, puțin mâine și, la un moment dat, vom spune: „Uau, asta începe să arate destul de bine. ""

Pentru mai multe informații despre procesul de mapare a creierului, aruncați o privire la pagina următoare.

Îl folosești pe toți

Este un mit că folosim doar 10 la sută din creierul nostru. Îl folosim pe tot. Imaginile creierului au documentat colectiv activitatea în toate părțile. Ba mai mult, deteriorarea unei zone mici poate elimina abilitățile majore. Citiți mai multe despre mitul creierului de 10 la sută pe site-ul profesorului Eric Chudler de la Universitatea Washington.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Planul Amtrak De 151 Miliarde De Dolari Pentru Trenul De Mare Viteză Până În 2040
Planul Amtrak De 151 Miliarde De Dolari Pentru Trenul De Mare Viteză Până În 2040

Noi Specii De Păianjen Descoperite În Subdiviziunea Locuințelor Din Alabama
Noi Specii De Păianjen Descoperite În Subdiviziunea Locuințelor Din Alabama

Videoclipurile Virale Pot Dăuna Animalelor Drăguțe, Amenințate
Videoclipurile Virale Pot Dăuna Animalelor Drăguțe, Amenințate

Urmărirea „Unicornilor Mării” Misterioase Începe
Urmărirea „Unicornilor Mării” Misterioase Începe

Cele Mai Mari 8 Rezultate Ale Fericirii Din 2017
Cele Mai Mari 8 Rezultate Ale Fericirii Din 2017


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com