211service.com
Att se en enda tanke bildas i hjärnan
Ett av de långsiktiga målen för området neuro-imaging är att förstå vad en person tänker bara genom att titta på mönstret för hans eller hennes hjärnaktivitet - i huvudsak läsa sinnet. Även om den bedriften fortfarande är långt borta, har forskare vid University of New Mexico tagit ett viktigt steg genom att förfina neuroavbildningstekniker till den grad att de på ett tillförlitligt sätt kan upptäcka en enda tanke som bildas i en individs hjärna.
Så snart en volontär kommer på ett ord upptäcker forskare hjärnaktivitet i Brocas område (gul pil), en del av hjärnan som är involverad i språk. (Kredit: Stefan Posse, University of New Mexico)
Tekniken kan användas för att förbättra kliniska tillämpningar av neuro-avbildning, såsom patientdiagnostik, eller för att studera kognitiva processer som är flyktiga eller irreproducerbara, som att lära sig en ny färdighet. Detta kan öppna upp en helt ny dimension av hur fMRI kan användas, säger Peter Bandettini , chef för fMRI-kärnanläggningen vid National Institutes of Health i Bethesda, MD.
Funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) mäter mängden blodflöde till olika delar av hjärnan och indikerar därigenom vilka hjärnområden som är mest aktiva. Att avbilda hjärnan medan någon utför mentala uppgifter, som att komma ihåg ord eller göra matematik, ger insikt i de delar av hjärnan som är avgörande för dessa kognitiva processer.
Men hjärnaktivitet är mycket bullrig, vilket innebär att forskare måste skilja de relevanta neurala signalerna från bakgrundsaktivitet, som kan komma från en individs andning, rörelse eller till och med dagdrömmer. För att upptäcka hjärnaktivitet som är förknippad med en specifik uppgift, studerar de flesta fMRI-genomsnittliga hjärnskanningar från upprepade tester på dussintals människor.
Stefan Posse och kollegor vid University of New Mexico utvecklar nya sätt att samla in och analysera fMRI-data som gör att de kan upptäcka hjärnaktivitet från en enda tanke. De har skapat sina mycket känsliga bildbehandlingsmetoder genom att ta fler bilder på kortare tid och genom att utveckla nya algoritmer för att integrera dessa bilder och för att minska bakgrundsbruset.
Som beskrevs i en tidning förra månaden i tidskriften Neurobild , bad Posses team åtta frivilliga som låg i en skanner att tänka på ett ord som börjar med en bokstav som blinkar på en skärm ovanför deras ansikten. De registrerade sedan aktiviteten i Brocas område, en del av hjärnan som är involverad i att skapa språk.
Forskarna fann att de kunde upptäcka aktivitet i denna region efter ett enda försök ungefär lika tillförlitligt som i tidigare studier som gav ett genomsnitt av resultat över flera försök. Vi kan faktiskt se det på skannern i realtid, säger Posse.
Experter säger att fynden är lovande, även om de fortfarande behöver bekräftas. Det är viktigt att prova detta i andra hjärnregioner och med andra uppgifter för att se var det fungerar, säger Christopher deCharms, grundare av Omneuron, en startup för hjärnavbildning i Menlo Park, Kalifornien.
Forskarna försöker nu samla in ytterligare information från dessa korta hjärnaktivitetsmönster. Ibland såg vi en andra bula i Brocas område, säger Posse. Försökspersoner berättade sedan att de hade tänkt på ett andra ord.
Så småningom hoppas forskarna kunna härleda ännu mer komplicerade egenskaper – som vilken typ av ord personen genererade, om ordet fick dem att känna sig glada eller arga, och i slutändan mer komplexa tankar. Om du kan se aktivitet genererad av ett enstaka ord, kanske du också kan se aktivitet från en längre sekvens av tankar, sedan komplexa hjärnprocesser, säger Posse. Tanken är att kunna bryta ner strömmen av tankeprocesser till individuella tankar.
Hjärnavbildningsexperter säger att en teknik som på ett tillförlitligt sätt mätte enskilda tankar kan öppna upp en ny värld av experiment. Om vi kan lyckas mäta data från ett enda försök ger det oss en kraftfullare metod än vad som varit tillgängligt, säger deCharms. Du kan övervaka prestanda i en uppgift, som operation eller flyga ett flygplan, om du vill förstå hur prestandan förändras sekund för sekund.
Och den här entänkta metoden skulle kunna användas för att studera själva inlärningsprocessen, vilket går väldigt snabbt, säger deCharms. Du kan bara få ett första intryck en gång. För att studera en specifik inlärningsprocess skulle forskare behöva mäta skillnaden i hjärnaktivitet mellan första gången någon utför en ny färdighet och den andra eller tredje gången. Om du måste snitta över 20 försök tappar du mycket insikt, säger deCharms.
Engångsförsök med hjärnavbildningstekniker kan också vara användbara på kliniken. För närvarande används fMRI sällan för diagnostiska eller terapeutiska ändamål eftersom det är svårt att samla tillförlitliga data från en enskild hjärnbild. Men eftersom fMRI-tekniker som Posses tillåter mer känslig bildbehandling, kommer läkare att bättre kunna fatta medicinska beslut från individuella hjärnskanningar. Dessutom, säger Bandettini, kommer möjligheten att generera tillförlitliga bilder på kortare tid att göra processen lättare för både läkare och patienter.