Если у кого-то повреждена почка, донор может дать ему запасной орган, чтобы оба человека могли жить. А что, если бы вы могли сделать что-то подобное для друга с ослабевшим мозгом?
Связанный контент
- Как прозрачная рыба может помочь расшифровать мозг
- Может ли этот головной убор помочь лечить болезнь Паркинсона?
В недавних лабораторных экспериментах Мигель Николелис и его коллеги объединили мозги нескольких обезьян и крыс, чтобы функционировать как «мозг» - общие сети, способные совместно управлять виртуальной рукой и принимать расчеты и принимать решения. Николелис надеется, что связывание человеческого мозга таким образом может привести к появлению нового мощного набора неврологических инструментов, которые могут помочь излечить людей с заболеваниями от Паркинсона до паралича.
«Мы пробуем совершенно новую область реабилитации мозга», - объясняет Николелис, директор Центра нейроинженерии Университета Дьюка. «Мы собираемся попытаться воздействовать на контуры мозга и фактически улучшить функциональную активность мозга».
«Мы склонны забывать, что мозг - это одно из самых мощных вычислительных устройств, когда-либо разработанных», - добавляет Андреа Стоко из Вашингтонского университета, который не принимал участия в исследовании. «Для того, что было разработано, например, для осмысления сцены, которую мы видим впервые, или для управления сложными движениями наших конечностей, это просто непобедимо. Теперь Николелис показывает, что мы можем объединить вычислительную мощность, которая необходима мозгу для решения тех плохо определенных задач, которые действительно сложно для нашего программного обеспечения, но которые легко решить для нашего биологического оборудования, наших нейронов ».
Интерфейсы «мозг-машина» существуют уже около двух десятилетий, и эта технология находит применение в различных медицинских процедурах. Например, некоторые устройства используют электрический выход мозга, переведенный компьютером, чтобы позволить людям управлять протезированием или манипулировать инвалидной коляской. Но в предыдущей работе был задействован только один оператор. Николелис надеялась узнать, могут ли более одного предмета работать вместе как общий мозг-машинный интерфейс для усиления нейронной активности.
Его команда оснащала трех обезьян имплантированными электродами, которые контролировали и регистрировали нейронную активность, которую затем можно было объединить с помощью компьютера. Обезьяны были размещены в отдельных комнатах, каждая с цифровым дисплеем, на котором обезьяна могла использовать свой интерфейс «мозг-машина», чтобы манипулировать виртуальной рукой для получения награды. В некоторых тестах обезьяны делили контроль над рукой, в то время как в других тесты каждое контролировало движение в определенном направлении. Никто из животных не знал, что они сотрудничают, чтобы двигать рукой. Удивительно, но они не только выполнили задачу, они улучшились с практикой.
«Оказывается, очевидно, что, только имея визуальную обратную связь и получая вознаграждение за выполнение какого-либо действия, эти животные могут фактически синхронизировать свой мозг, и они могут научиться отвечать требованиям конкретной задачи», - говорит Николелис, чья команда описала результаты прошлой недели в научных отчетах .
«Обезьяны, работая вместе, выполняли задачу медленнее, чем то, что любой из них мог делать, манипулируя джойстиком, - но они учились точно так же быстро», - говорит Стокко. «Это удивительно, и, похоже, это означает, что для мозга эта проблема становится такой же легкой для понимания, как и любая проблема координации сенсорных движений. Из этого великого начала вы можете увидеть, как вы можете создавать более сложные задачи, которые обезьяны смогут выполнять лучше, работая вместе, чем любая из них могла бы выполнить сама ».
В отдельном эксперименте, также описанном в научных отчетах, четыре крысы были физически связаны с микропроводом, чтобы исследовать, как их мозг работал вместе как единое целое в сети для решения ряда проблем. Крысам давали электрические информационные импульсы и вознаграждали, когда они синхронизировали свой мозг. Они также получили данные, такие как температура и атмосферное давление. Крысы хранили, извлекали и делились этой информацией, что позволяло их мозгу лучше выполнять анализ, такой как прогноз погоды, чем у одной беспроводной крысы.
«То, что они сделали, действительно толкнуло конверт, и я нашел его захватывающим», - говорит Стокко, который вошел в историю два года назад вместе со своим коллегой Раджешем Рао, с первым удаленным интерфейсом между людьми. Рао послал мозговый сигнал через Интернет, который переместил руку Stocco, даже когда он сидел в комнате через кампус.
Николелис предполагает, что люди могут уже участвовать в естественной форме обмена мозгами, когда подвергаются общей обратной связи - даже не осознавая, что это происходит. «Интересно то, что это, вероятно, происходит с нами постоянно. Когда мы смотрим фильм в театре, этот тип обратной связи, вероятно, синхронизирует мозги в аудитории, чтобы у нас были такие групповые реакции, смеяться или плакать в одно и то же время », - говорит он.
«Это также может объяснить, почему группы людей могут сотрудничать для достижения общей цели. Как, например, спортивная команда, где мы часто наблюдаем и говорим, что команда наконец-то играет как команда, а не как группа людей. положите руки на то, что именно является той химией, которая заставляет футбольную команду играть лучше. Возможно, мы нашли механизм - синхронизацию действий мозга ».
Сейчас его команда работает над попытками перевести исследование на обезьянах на неинвазивные клинические практики, чтобы, возможно, помочь реабилитировать парализованных людей с помощью групповых мыслей и действий.
«Например, у моих пациентов с параличом головного мозга я заметил, что было очень трудно начать тренировку, используя мозговой сигнал, потому что мозг может буквально забыть, что у вас есть ноги», - объясняет он. «Таким образом, частью этой неврологической реабилитации является использование другого мозга для повторного введения этой концепции в мозг пациентов. Возможно, на этапе обучения у нас может быть физиотерапевт или даже родственники пациента, в основном совмещая их мозговую деятельность с мозговой деятельностью пациента ».
