Hvis nogen har en beskadiget nyre, kan en donor give dem et ekstra organ, så begge mennesker kan leve. Hvad nu, hvis du kunne gøre noget lignende for en ven med en svigtende hjerne?
Relateret indhold
- Hvordan en gennemsigtig fisk kan hjælpe med at afkode hjernen
- Kunne dette hovedudstyr hjælpe med at behandle Parkinsons sygdom?
I nylige laboratorieeksperimenter smeltede Miguel Nicolelis og hans kolleger hjerne fra flere aber og rotter sammen for at fungere som ”hjernehuler” - delte netværk, der var i stand til at samarbejde en virtuel arm og foretage beregninger og beslutninger. Nicolelis håber, at det at knytte menneskelige hjerner på denne måde kunne frigøre en kraftfuld ny pakke af neurologiske værktøjer, der kan hjælpe med at helbrede mennesker med lidelser fra Parkinsons til lammelse.
”Vi prøver et helt nyt felt i hjernerehabilitering, ” forklarer Nicolelis, direktør for Duke University's Center for Neuroengineering. ”Vi vil prøve at handle på hjernens kredsløb og faktisk forbedre hjernens funktionelle aktivitet.”
”Vi har en tendens til at glemme, at hjernen er et af de mest beregningsmæssigt kraftfulde enheder, der nogensinde er udviklet, ” tilføjer Andrea Stocco fra University of Washington, som ikke var involveret i forskningen. ”For de ting, det er blevet udviklet til at gøre, som at give mening til en scene, vi ser for første gang eller kontrollere komplekse bevægelser af vores lemmer, er det bare uovervindelig. Nu viser Nicolelis, at vi kan kombinere den computerkraft, som hjernen har for eventuelt at løse de slags dårligt definerede problemer, der virkelig er svært for vores software, men let for vores biologiske hardware, vores neuroner, til at løse. ”
Hjernemaskine-grænseflader har eksisteret i cirka to årtier, og teknologien finder anvendelse i en række forskellige medicinske behandlinger. For eksempel bruger nogle enheder hjernens elektriske output, oversat af en computer, for at give folk mulighed for at kontrollere proteser eller manipulere en kørestol. Men tidligere arbejde involverede kun en enkelt operatør. Nicolelis håbede at lære, om mere end ét emne kunne arbejde sammen som en fælles hjerne-maskine-grænseflade for at forbedre neurale aktiviteter.
Hans team udstyrede tre aber med implanterede elektroder, der overvågede og registrerede neurale aktiviteter, som derefter kunne kombineres af en computer. Aberne var stationeret i separate rum, hver med en digital skærm, som aben kunne bruge sin hjernemaskineflade til at manipulere en virtuel arm mod en belønning. I nogle test delte aberne kontrol over armen, mens i andre kontrollerede hver bevægelse i en bestemt retning. Ingen af dyrene vidste, at de samarbejdede for at bevæge armen. Utroligt nok gennemførte de ikke kun opgaven, de forbedrede sig med praksis.
”Det viser sig tilsyneladende, at bare ved at have visuel feedback og få en belønning for at udføre en handling, kan disse dyr faktisk synkronisere deres hjerner, og de kan lære at imødekomme kravene til en bestemt opgave, ” siger Nicolelis, hvis team beskrev resultaterne sidste uge i videnskabelige rapporter .
”Aberne, som arbejdede sammen, var langsommere med at udføre opgaven, end hvad nogen af dem kunne gøre ved at manipulere en joystick - men de lærte nøjagtigt lige så hurtigt, ” siger Stocco. ”Det er forbløffende, og det ser ud til at betyde, at dette problem for hjernen bliver lige så let at fortolke som ethvert problem med sensorisk motorisk koordination. Fra denne store begyndelse kan du se, hvordan du muligvis skaber mere komplekse opgaver, som aberne vil være i stand til at arbejde bedre sammen, end nogen af dem selv kunne gøre. ”
I et separat eksperiment, der også er beskrevet i Scientific Reports, blev fire rotter fysisk forbundet med en mikrobølgeovn for at undersøge, hvordan deres hjerner arbejdede sammen som en netværksenhed for at tackle en række problemer. Rotterne fik elektriske informationsimpulser og blev belønnet, når de synkroniserede deres hjerner. De modtog også data, som temperatur og barometrisk tryk. Rotterne lagrede, hentede og delte denne information - hvilket gjorde det muligt for deres hjernehastighed at fungere bedre ved analyser som vejrforudsigelse end en enkelt, trådløs rotte.
”Det, de gjorde, var virkelig at skubbe på konvolutten, og jeg fandt det fascinerende, ” siger Stocco, der lavede historie for to år siden med sin kollega Rajesh Rao, med det første fjerntliggende menneske-til-menneske-hjerne-interface. Rao sendte et hjernesignal via internettet, der bevægede Stocco's hånd, selv da han sad i et rum på tværs af campus.
Nicolelis antyder, at mennesker allerede kan deltage i en naturlig form for hjernedeling, når de udsættes for fælles feedback - uden at vide, at det sker. ”Det interessante er, at dette sandsynligvis sker hele tiden hos os. Når vi ser en film i et teater, er denne type feedback sandsynligvis synkronisering af hjerner i publikum, så vi har disse gruppereeaktioner, griner eller græder på de samme øjeblikke, ”siger han.
"Det kan også forklare, hvorfor grupper af mennesker kan samarbejde for at nå et fælles mål. Som et sportshold, for eksempel, hvor vi ofte ser og siger, at et hold endelig spiller som et hold og ikke som en masse individer. Ingen har faktisk lægge deres hænder på, hvad der præcist er den kemi, der får et fodboldhold til at spille bedre. Det kan være, at vi har fundet mekanismen - synkronisering af hjernens handling. ”
Hans team arbejder nu med forsøg på at oversætte abestudiet til ikke-invasiv klinisk praksis for muligvis at hjælpe med at rehabilitere lammede mennesker gennem gruppetanken og handling.
”For eksempel bemærkede jeg hos mine paraplegiske patienter, at det var meget vanskeligt at begynde at træne ved hjælp af et hjernesignal, fordi hjernen bogstaveligt talt kan glemme, at du har ben, ” forklarer han. ”Så en del af denne neurologiske rehabilitering er at bruge en anden hjerne til at genindføre konceptet til patienternes hjerner. Vi kunne muligvis have en fysioterapeut eller endda patientens pårørende hjælpe i træningsfasen ved dybest set at kombinere deres hjerneaktiviteter med patientens hjerneaktiviteter. ”
