211service.com
Konstruera hjärnan
Det senaste århundradet har sett stora framsteg i vår förståelse av de aspekter av neurala beräkningar som kan studeras genom experiment på en eller ett fåtal celler - till exempel hur synapser gör det möjligt för en neuron att prata med en av sina grannar. Men fenomenen som fick många neuroforskare att intressera sig för hjärnan i första hand – inlärning, känslor, medvetande och mystiska störningar som depression och schizofreni – är fortfarande svåra att förklara genom experiment på bara en eller till och med ett fåtal celler. Tusentals eller miljoner celler, som räknar som en ensemble, är ansvariga för praktiskt taget alla våra beteenden, såväl som störningar därav.
På grund av komplexiteten hos neurala kretsar förblir utövandet av systemneurovetenskap en fin konst. Bortom den enda neuronen förblir beräkningsdetaljerna dimmiga för de flesta av de neurala kretsarna i hjärnan.
Den här historien var en del av vårt marsnummer 2007
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Innan jag blev neurovetare utbildade jag mig till fysiker och ingenjör. Så jag bestämde mig för att försöka uppfinna verktyg för att lösa de gamla, orubbliga problemen med den normala och patologiska hjärnan. Jag har lanserat en ny forskargrupp vid MIT Media Lab för att utveckla teknologier för att kontrollera neuronaktivitet och för att använda dem för att hitta och konstruera kretselementen som förmedlar specifika tillstånd och beteenden. Vi kommer också att tillämpa dessa teknologier för att ta fram mer riktade och icke-invasiva strategier för att korrigera hjärnsjukdomar. Dessa ansträngningar kan göra det möjligt för neuroforskare att bättre förstå kopplingarna mellan aktivitet i neurala kretsar och tillstånd som depression (se Neuronkontroll).
2005 kunde jag, tillsammans med mina kollegor vid Max Planck Institute of Biophysics och Stanford University, få specifika neuroner att avfyra spikar precis som svar på korta pulser av blått ljus, genom att i neuronerna uttrycka ett unikt membranprotein från grönt alger (se artificiellt avfyrande neuroner, september/oktober 2006). Mitt labb utvecklar automatiserade protokoll för att använda den här tekniken och andra neurala kontrollverktyg som vi uppfinner för att systematiskt avslöja mönstren för kretsaktivitet och beteende som förmedlas av en specifik neuron eller uppsättning neuroner. Vi undersöker också den systematiska användningen av neurala kontrolltekniker för att korrigera neurologiska och psykiatriska brister och för att förbättra kognition.
Våra hjärnor är det ultimata gränssnittet mellan oss och världen. Att direkt konstruera detta gränssnitt kan ge oss nya insikter om hur vi känner förnimmelser, beslutar om handlingar och blir medvetna om oss själva – och möjliggör nya kommunikationssätt, neurala proteser och kognitiv förstärkning. Frågan om hur vi subjektivt upplever verkligheten är ett av tidernas stora olösta problem och kommer att kräva nya verktyg, och samarbete över discipliner, att besvara. Jag tror att neuroingenjörernas färdigheter och ansträngningar kommer att vara avgörande i denna strävan.
Edward Boyden är biträdande professor vid MIT Media Lab, där han leder det nya Neuroengineering and Neuromedia Lab.