הערת העורך: בסדרה השבועית הזו LiveScience בוחנת כיצד הטכנולוגיה מניעה חקר וגילוי מדעי.
החוויה האנושית מוגדרת על ידי המוח, ובכל זאת הרבה על זה 3-ליגה. איבר נשאר תעלומה. אף על פי כן, החל מהדמיית מוח וכלה בממשקי מחשב ומוח, מדענים עשו צעדים מרשימים בפיתוח טכנולוגיות להציץ בתוך הנפש.
הדמיית המוח
נכון לעכשיו, מדענים החוקרים את המוח יכולים להסתכל במבנה שלו או בתפקודו. בהדמיה מבנית, מכונות מצלמות תמונות של האנטומיה רחבת המוח של המוח, שניתן להשתמש בהן לאבחון גידולים או קרישי דם, למשל. הדמיה תפקודית מספקת מבט דינמי של המוח, ומראה אילו אזורים פעילים במהלך חשיבה ותפיסה.
טכניקות הדמיה מבניות כוללות סריקות CAT, או טומוגרפיה צירית ממוחשבת, המצולמת תמונות של פרוסות במוח על ידי הקרנת צילומי רנטגן בראש מזוויות רבות ושונות. סריקות CAT או CT משמשות לרוב לאבחון פגיעה מוחית, למשל. שיטה נוספת, טומוגרפיה של פליטת פוזיטרון (PET), יוצרת תמונות דו-ממדיות ותלת מימדיות של המוח: כימיקל שכותרתו רדיואקטיבית המוזרק לדם פולט קרני גאמה שסורק מזהה. והדמיית תהודה מגנטית (MRI) מספקת מבט למבנה הכללי של המוח על ידי מדידת הסיבוב המגנטי של אטומים בתוך שדה מגנטי חזק.
ד"ר מאוריציו קסטילו, רדיולוג באוניברסיטת צפון קרוליינה בצ'אפל היל ועורך הראשי של כתב העת האמריקני לנוירורדיולוגיה אמר ד"ר מאוריציו קסטילו, "אין ספק כי MRI היא ככל הנראה הדרך הטובה ביותר לראות את המוח.
בתחום ההדמיה התפקודית, תקן הזהב הנוכחי הוא MRI פונקציונלי (fMRI). טכניקה זו מודדת שינויים בזרימת הדם לאזורים שונים במוח כמתנה שעבורו אזורים פעילים כאשר מישהו מבצע משימה כמו לקרוא מילה או לצפות בתמונה.
"הדגש בימינו הוא לנסות למזג את חיבור המוח עם הפעלת קליפת המוח," אמר קסטילו.
ניתן לשלב מספר שיטות למיזוג מבנה ותפקוד המוח. לדוגמה, ניתן לבצע סריקת MRI ו- PET במקביל, וניתן לשלב את התמונות כדי להציג פעילות פיזיולוגית המונחת על גבי מפה אנטומית של המוח. ניתן להשתמש בתוצאה הסופית בכדי לומר למנתח את המיקום של נגע מוחי כך שניתן יהיה להסירו, אמר קסטילו.
לאחרונה פותחה טכניקה חדשה בכדי לראות ממש בתוך המוח. זה נקרא CLARITY (במקור עבור Clear Lipid שהוחלף באקרילמיד-כלאיים בהכלאה הדמיה נוקשה / Immunostaining / In situ hybridization-Tissue-hYDrogel תואם), הוא יכול להפוך מוח (שאינו חי) שקוף לאור תוך שמירה על מבנהו על כנו. הטכניקה כבר שימשה להמחשת החיווט הנוירולוגי של מוח עכבר בוגר.
פענוח מחשבות
יש מדענים שרוצים לראות בפנים בצורה מוחשית יותר את המוח. הזן ממשקי מחשב ומוח (BCI או BMI, ממשקי מחשב ומוח), מכשירים המחברים אותות מוחיים למכשיר חיצוני, כגון מחשב או גפה תותבת. BCIs נעים בין מערכות לא פולשניות המורכבות מאלקטרודות המונחות על הקרקפת, ועד לאלו פולשניות יותר הדורשות השתלת האלקטרודות במוח עצמו.
BCIs לא פולשניים כוללים אלקטרואנספלוגרפיה מבוססת קרקפת (EEG), המתעדת את פעילותם של נוירונים רבים באזורי מוח גדולים. היתרון של מערכות מבוססות EEG הוא שהן אינן דורשות ניתוח. מצד שני, מערכות אלה יכולות לאתר רק פעילות מוחית כללית, ולכן על המשתמש למקד את מחשבותיו במשימה אחת בלבד.
מערכות פולשניות יותר כוללות אלקטרוקורטיקוגרפיה (ECoG), בהן מושתלות אלקטרודות על פני המוח כדי להקליט אותות EEG מהקליפה. מאז שווילדר פנפילד והרברט ג'ספר היו חלוצים בטכניקה בראשית שנות החמישים, היא שימשה, בין היתר, לזיהוי אזורים מוחיים שבהם מתחילים התקפים אפילפטיים.
חלק מה- BCIs משתמשים באלקטרודות המושתלות בתוך קליפת המוח. למרות שמערכות אלה פולשניות יותר, יש להן רזולוציה טובה בהרבה ויכולות להרים את האותות שנשלחו על ידי נוירונים בודדים. BCIs יכולים אפילו לאפשר לבני אדם הסובלים מקבוצת השתן (שיתוק של ארבע הגפיים) לשלוט על זרוע רובוטית באמצעות מחשבה בלבד, או לאפשר למשתמשים לאיית מילים על מסך מחשב רק מתוך מחשבה.
למרות התקדמויות רבות, הרבה נותר לא ידוע לגבי המוח. כדי לגשר על הפער הזה, מדענים אמריקאים יוצאים בפרויקט חדש למיפוי המוח האנושי, עליו הודיע הנשיא ברק אובמה באפריל, שנקרא יוזמת ה- BRAIN (מחקר מוח באמצעות קידום נוירוטכנולוגיות חדשניות).
אולם למדעי המוח נבדקת עבודתם. "המוח הוא ככל הנראה המכונה המורכבת ביותר ביקום", אמר קסטילו. "אנחנו עדיין רחוקים מלהבין את זה."
