Lưu ý của biên tập viên: Trong loạt bài hàng tuần này, LiveScience khám phá cách công nghệ thúc đẩy khám phá và khám phá khoa học.
Kinh nghiệm của con người được xác định bởi bộ não, nhưng phần lớn về 3 lb này. nội tạng vẫn là một bí ẩn. Mặc dù vậy, từ hình ảnh não bộ đến giao diện máy tính não, các nhà khoa học đã có những bước tiến ấn tượng trong việc phát triển các công nghệ để nhìn vào bên trong tâm trí.
Hình ảnh não
Hiện nay, các nhà khoa học nghiên cứu về bộ não có thể xem xét cấu trúc hoặc chức năng của nó. Trong hình ảnh cấu trúc, máy móc chụp ảnh giải phẫu quy mô lớn của não có thể được sử dụng để chẩn đoán khối u hoặc cục máu đông, ví dụ. Hình ảnh chức năng cung cấp một cái nhìn năng động của não, cho thấy khu vực nào đang hoạt động trong quá trình suy nghĩ và nhận thức.
Các kỹ thuật hình ảnh cấu trúc bao gồm quét CAT, hoặc chụp cắt lớp trục máy tính, chụp ảnh các lát cắt qua não bằng cách chiếu tia X vào đầu từ nhiều góc độ khác nhau. CAT, hoặc CT, quét thường được sử dụng để chẩn đoán chấn thương não, ví dụ. Một phương pháp khác, chụp cắt lớp phát xạ positron (PET), tạo ra cả hình ảnh 2D và 3D của não: Một hóa chất được dán nhãn phóng xạ được tiêm vào máu phát ra tia gamma mà máy quét phát hiện. Và hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) cung cấp một cái nhìn về cấu trúc tổng thể của não bằng cách đo spin từ tính của các nguyên tử bên trong một từ trường mạnh.
"Không có câu hỏi nào về việc MRI có lẽ là cách tốt nhất để nhìn thấy bộ não", Tiến sĩ Mauricio Castillo, một bác sĩ X quang tại Đại học Bắc Carolina tại Đồi Chapel và Tổng biên tập Tạp chí Thần kinh học Hoa Kỳ cho biết.
Trong lĩnh vực hình ảnh chức năng, tiêu chuẩn vàng hiện tại là MRI chức năng (fMRI). Kỹ thuật này đo lường sự thay đổi lưu lượng máu đến các vùng não khác nhau như là một ủy quyền cho khu vực nào hoạt động khi ai đó thực hiện một nhiệm vụ như đọc một từ hoặc xem hình ảnh.
"Sự nhấn mạnh hiện nay là cố gắng hợp nhất làm thế nào bộ não được nối với sự kích hoạt của vỏ não", Castillo nói.
Một số phương pháp có thể được kết hợp để hợp nhất cấu trúc và chức năng não. Ví dụ, quét MRI và PET có thể được thực hiện đồng thời và hình ảnh có thể được kết hợp để hiển thị hoạt động sinh lý được đặt chồng lên trên bản đồ giải phẫu của não. Kết quả cuối cùng có thể được sử dụng để nói với bác sĩ phẫu thuật vị trí tổn thương não để có thể loại bỏ nó, Castillo nói.
Gần đây, một kỹ thuật mới đã được phát triển để nhìn thấy bên trong não. Được gọi là CLARITY (ban đầu là Clear Acidlamide lai ghép Acrylamide / Imunostained / Immunostained / In situ lai-Tissue Tissue-hYdrogel), nó có thể làm cho bộ não (không tồn tại) trong suốt với ánh sáng mà vẫn giữ nguyên cấu trúc của nó. Kỹ thuật này đã được sử dụng để hình dung hệ thống dây thần kinh của não chuột trưởng thành.
Giải mã suy nghĩ
Một số nhà khoa học muốn nhìn thấy bên trong não theo nghĩa bóng hơn. Nhập giao diện máy tính não (BCI hoặc BMI, giao diện máy não), các thiết bị kết nối tín hiệu não với thiết bị bên ngoài, chẳng hạn như máy tính hoặc chân tay giả. BCI bao gồm từ các hệ thống không xâm lấn bao gồm các điện cực được đặt trên da đầu, đến các hệ thống xâm lấn hơn đòi hỏi các điện cực phải được cấy vào não.
BCI không xâm lấn bao gồm điện não đồ dựa trên da đầu (EEG), ghi lại hoạt động của nhiều tế bào thần kinh trên các vùng não lớn. Ưu điểm của hệ thống dựa trên EEG là chúng không cần phẫu thuật. Mặt khác, các hệ thống này chỉ có thể phát hiện hoạt động não tổng quát, vì vậy người dùng phải tập trung suy nghĩ của mình vào một nhiệm vụ duy nhất.
Các hệ thống xâm lấn hơn bao gồm điện tâm đồ (ECoG), trong đó các điện cực được cấy trên bề mặt não để ghi lại tín hiệu điện não đồ từ vỏ não. Kể từ khi Wilder Penfield và Herbert Jasper đi tiên phong về kỹ thuật này vào đầu những năm 1950, nó đã được sử dụng, trong số các mục đích khác, để xác định các vùng não nơi bắt đầu động kinh.
Một số BCI sử dụng các điện cực được cấy bên trong vỏ não. Mặc dù các hệ thống này xâm lấn nhiều hơn, chúng có độ phân giải tốt hơn nhiều và có thể thu được các tín hiệu được gửi bởi các nơ-ron riêng lẻ. BCI giờ đây thậm chí có thể cho phép con người bị liệt (liệt cả bốn chi) điều khiển một cánh tay robot thông qua suy nghĩ một mình, hoặc cho phép người dùng đánh vần các từ trên màn hình máy tính chỉ bằng tâm trí của họ.
Mặc dù có nhiều tiến bộ, vẫn còn rất nhiều điều chưa biết về bộ não. Để thu hẹp khoảng cách này, các nhà khoa học Mỹ đang bắt tay vào một dự án mới để lập bản đồ não người, được Tổng thống Barack Obama công bố vào tháng 4, được gọi là sáng kiến BRAIN (Nghiên cứu về não thông qua tiến bộ thần kinh học sáng tạo).
Nhưng các nhà khoa học thần kinh có công việc của họ cắt ra cho họ. "Bộ não có lẽ là cỗ máy phức tạp nhất trong vũ trụ", Castillo nói. "Chúng tôi vẫn còn một chặng đường dài để hiểu nó."
