Hvis noen har en skadet nyre, kan en giver gi dem et ekstra organ slik at begge mennesker kan leve. Hva om du kan gjøre noe lignende for en venn med sviktende hjerne?
Relatert innhold
- Hvordan en gjennomsiktig fisk kan hjelpe med å avkode hjernen
- Kan dette hodestyret hjelpe til med å behandle Parkinsons sykdom?
I nylige laboratorieeksperimenter smeltet Miguel Nicolelis og hans kolleger sammen hjernen til flere aper og rotter for å fungere som ”hjernenett” - delte nettverk som kunne samarbeide om en virtuell arm og ta beregninger og beslutninger. Nicolelis håper at det å knytte menneskelige hjerner på denne måten kan slippe løs en kraftig ny pakke med nevrologiske verktøy som kan hjelpe å helbrede mennesker med plager fra Parkinsons til lammelse.
"Vi prøver et helt nytt felt for hjernerehabilitering, " forklarer Nicolelis, direktør for Duke University senter for nevroingeniør. "Vi kommer til å prøve å handle på hjernens kretsløp og faktisk forbedre hjernens funksjonelle aktivitet."
"Vi har en tendens til å glemme at hjernen er en av de mest beregningsdyktige enhetene som noen gang er utviklet, " legger Andrea Stocco til University of Washington, som ikke var involvert i forskningen. “For tingene det er utviklet for å gjøre, som å gi mening til en scene vi ser for første gang eller kontrollere komplekse bevegelser av lemmene våre, er det bare uslåelig. Nå viser Nicolelis at vi kan kombinere beregningskraften som hjernen har for å muligens løse de slags feildefinerte problemer som virkelig er vanskelig for programvaren vår, men lett for vår biologiske maskinvare, nevronene våre, å løse. ”
Hjernemaskingrensesnitt har eksistert i omtrent to tiår, og teknologien finner bruksområder i en rekke medisinske behandlinger. Noen enheter bruker for eksempel hjernens elektriske utgang, oversatt av en datamaskin, for å tillate folk å kontrollere proteser eller manipulere en rullestol. Men tidligere arbeid involverte bare en enkelt operatør. Nicolelis håpet å lære om mer enn ett fag kunne arbeide sammen som et delt grensesnitt mellom hjernen og maskinene for å styrke nevral aktivitet.
Teamet hans utstyrte tre aper med implanterte elektroder som overvåket og registrerte nevral aktivitet, som deretter kunne kombineres av en datamaskin. Apene var stasjonert i separate rom, hver med en digital skjerm som apen kunne bruke hjernemaskinens grensesnitt for å manipulere en virtuell arm mot en belønning. I noen tester delte apene kontroll over armen, mens i andre kontrollerte hver bevegelse i en bestemt retning. Ingen av dyrene visste at de samarbeidet for å bevege armen. Utrolig nok oppnådde de ikke bare oppgaven, de forbedret seg med praksis.
"Det viser seg, tilsynelatende, at bare ved å ha visuell tilbakemelding og få belønning for å utføre en handling, kan disse dyrene faktisk synkronisere hjernen, og de kan lære å møte kravene til en bestemt oppgave, " sier Nicolelis, hvis team beskrev resultatene forrige uke i vitenskapelige rapporter .
"Apene, som jobbet sammen, gikk tregere med å fullføre oppgaven enn hva noen av dem kunne gjøre for å manipulere en joystick - men de lærte akkurat like raskt, " sier Stocco. “Det er utrolig, og det ser ut til å bety at dette for hjernen blir like enkelt å tolke som ethvert problem med sensorisk motorisk koordinasjon. Fra denne store begynnelsen kan du se hvordan du kan lage mer komplekse oppgaver som apene vil være i stand til å gjøre bedre sammen enn noen av dem selv kunne gjøre. ”
I et eget eksperiment som også ble beskrevet i Scientific Reports, ble fire rotter fysisk knyttet til en mikrobølgeovn for å utforske hvordan hjernen deres fungerte sammen som en nettverksenhet for å takle en rekke problemer. Rottene fikk elektriske informasjonspulser og ble belønnet da de synkroniserte hjernen. De fikk også data, som temperatur og barometrisk trykk. Rottene lagret, hentet og delte denne informasjonen - slik at hjernen deres kunne prestere bedre ved analyser som værvarsling enn en enkelt, trådløs rotte.
"Det de gjorde var virkelig å skyve konvolutten, og jeg syntes det var fascinerende, " sier Stocco, som laget historie for to år siden, med sin kollega Rajesh Rao, med det første fjerntliggende menneske-til-menneske hjerne-grensesnittet. Rao sendte et hjernesignal via internett som beveget Stocco hånden selv da han satt i et rom over campus.
Nicolelis antyder at mennesker allerede kan delta i en naturlig form for hjernedeling når de blir utsatt for vanlige tilbakemeldinger - uten å innse at det skjer. ”Det interessante er at dette sannsynligvis skjer hele tiden hos oss. Når vi ser på en film i et teater, er det sannsynligvis at denne typen tilbakemeldinger synkroniserer hjerner i publikum, slik at vi har de gruppeaksjonene, ler eller gråter i samme øyeblikk, "sier han.
"Det kan også forklare hvorfor grupper av mennesker kan samarbeide for å oppnå et felles mål. Som et idrettslag, for eksempel, der vi ofte ser og sier at et lag endelig spiller som et lag og ikke som en gjeng enkeltpersoner. Ingen har faktisk la hendene på hva som egentlig er den kjemien som gjør at et fotballag spiller bedre. Det kan være at vi har funnet mekanismen - synkronisering av hjerneaksjon. "
Teamet hans jobber nå med forsøk på å oversette apestudien til ikke-invasiv klinisk praksis for å muligens hjelpe rehabilitere lammede mennesker gjennom gruppetanken og handling.
"For eksempel, hos paraplegiske pasienter, la jeg merke til at det var veldig vanskelig å begynne å trene ved å bruke et hjernesignal, fordi hjernen bokstavelig talt kan glemme at du har ben, " forklarer han. ”Så en del av denne nevrologiske rehabiliteringen er å bruke en annen hjerne til å introdusere konseptet til hjernen til pasientene. Vi kan muligens ha en fysioterapeut eller til og med pasientens pårørende hjelpe i treningsfasen ved å i utgangspunktet kombinere hjerneaktivitetene med pasientens hjerneaktiviteter. ”
