211service.com
Hur nätverksneurovetenskap skapar en ny era av sinneskontroll
Komplexa nätverk utgör ryggraden i det moderna samhället: Internet, flygnätverket, mönstret av förbindelser mellan individer. Och mer komplexa exempel dyker ständigt upp – hur gener interagerar i celler, hur information flödar genom banksystemet och ekosystemet.
Ju mer komplext systemet är, desto svårare är det att kontrollera. Ändå utövar datavetare, läkare, ekonomer och liknande en viss kontroll över många av dessa nätverk.
Och det väcker en intressant fråga: är det möjligt att utöva samma typ av kontroll över det mest komplexa nätverk vi känner till: den mänskliga hjärnan?
Idag får vi ett slags svar, tack vare John Medaglias arbete vid University of Pennsylvania i Philadelphia och några kompisar som bedömer den disciplin som växer fram i skärningspunkten mellan nätverksneurovetenskap och nätverkskontrollteori. En kritisk fråga ... är hur man modulerar ett mänskligt hjärnnätverk för att behandla kognitiva brister eller förbättra mentala förmågor, säger de. Vi hävdar att nätverkskontroll i grunden relaterar till tankekontroll.
Grundtanken bakom denna typ av kontroll är okomplicerad. Att injicera energi i en del av ett nätverk bör påverka aktiviteten i andra delar av nätverket.
I hjärnan används denna typ av manipulation redan i tekniker för djup hjärnstimulering, som de som används för Parkinsons sjukdom. Detta innebär att injicera energi i en del av hjärnan som kallas basalganglierna, som är involverad i rörelse. Detta minskar då rörelseförsämringen.
En liknande teknik används också för tvångssyndrom, där människor upplever överväldigande drifter att engagera sig i repetitivt beteende. Detta är ofta förknippat med ovanlig elektrisk aktivitet i hjärnans fronto-striatala kretsar. Djup hjärnstimulering kan normalisera denna aktivitet och avsevärt förbättra livskvaliteten.
Trots framgångarna med den här typen av tekniker påpekar Medaglia och co att det finns betydande utmaningar i att kontrollera andra beteenden. Ett problem är att stimulering inte bara påverkar en del av hjärnan utan tenderar att kaskaderas över många områden på sätt som är svåra att karakterisera.
Det är därför att förstå anslutningen över hjärnan är ett viktigt framtidsmål. Detta är syftet med de olika connectome-projekten runt om i världen: att kartlägga de strukturella vägarna över hjärnan.
Och det börjar redan antyda att hjärnan använder olika kontrollstrategier. Var och en av dessa strategier är potentiella mål för sinneskontroll.
Till exempel tror neuroforskare att det frontoparietala systemet styr vår förmåga att växla mellan uppgifter. Märkligt nog är detta system inte starkt kopplat till andra delar av hjärnan, men teoretiskt arbete har redan visat att det verkar fungera genom att förflytta hjärnan till svåråtkomliga tillstånd längs ett slags energilandskap. Så en väg för mind control kan vara att använda energiinjektioner för att vägleda hjärnan genom detta landskap.
Hur detta kan göras är inte helt klart, men det finns flera tekniker som har potential. Dessa inkluderar transkraniell magnetisk stimulering, som använder ett externt magnetfält för att inducera strömmar i delar av hjärnan, tillsammans med olika implanterade stimulatorer, som injicerar energi direkt. Att förbättra upplösningen av denna typ av energiinjektion är ett viktigt framtidsmål.
Ingen diskussion om hjärnkontroll skulle vara komplett utan ett omnämnande av etik. Medaglia och co ägnar lite tid åt att beskriva nuvarande tänkande kring detta ämne. De baserar sin diskussion på de fyra grundläggande principerna för medicinsk och forskningsetik: icke-ondska, välgörenhet, rättvisa och rätten till självbestämmande.
Detta är ett område som kommer att behöva utvecklas i takt med att nya tekniker dyker upp. Allt eftersom vetenskapen om sinnekontroll utvecklas kommer det att vara viktigt att klargöra acceptabla kontrollmetoder med avseende på vår grundläggande natur och självidentitet, säger Medaglia och co.
Ett annat tankeväckande mål är att förstå kopplingen mellan neural kontroll och psykologisk kontroll. Kartläggningen mellan hjärnans dynamik och specifika kognitiva processer kommer att vara avgörande för att informera psykologisk (dvs. 'sinne') kontroll, säger Medaglia och co.
Och däri ligger en betydande blind fläck i detta arbete – informationens roll. Sinnets processer är tydligt informationsbaserade. Och mycket av psykologin har fokuserat på hur information kan förändra hjärnans tillstånd. Till exempel att förändra en persons känslomässiga tillstånd med en resa på bio eller genom att läsa en bok.
Detta är informationsbaserad tankekontroll. Och ändå nämner Medaglia och co inte den här typen av informationsbaserade effekter.
Det kanske är förståeligt. Informationens roll i hjärnans processer är dåligt förstådd. Neurologer förstår inte ens de neurala koder som fungerar i våra hjärnor.
Tills de har den förståelsen och mer kommer dagens tekniker att verka grova. Som jämförelse, ingen skulle försöka fixa en felaktig smartphone genom att zappa den med en ström från ett par elektroder. De skulle inte heller reparera en kraschad webbplats med ett kraftfullt externt magnetfält.
Faktum är att endast en liten bråkdel av eventuella fel i informationstekniken kunde hanteras på detta sätt.
Och så är det sannolikt med den mänskliga hjärnan. Ett informationsbaserat tillvägagångssätt är sannolikt mycket kraftfullare.
Kopplingen mellan information och sinne är idag dåligt förstådd. Om en förbättrad förståelse är ett arv från denna typ av arbete, kommer det att ha varit ett betydande steg framåt.
Ref: arxiv.org/abs/1610.04134 : Mind Control: Frontiers in Guiding the Mind