หมายเหตุของบรรณาธิการ: ในซีรีย์รายสัปดาห์นี้ LiveScience จะสำรวจว่าเทคโนโลยีขับเคลื่อนการสำรวจและค้นพบทางวิทยาศาสตร์อย่างไร
ประสบการณ์ของมนุษย์ถูกกำหนดโดยสมอง แต่เกี่ยวกับ 3 ปอนด์นี้มาก อวัยวะยังคงเป็นปริศนา ถึงกระนั้นก็ตามตั้งแต่การถ่ายภาพสมองไปจนถึงการเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์สมองนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างความก้าวหน้าที่น่าประทับใจในการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อมองเห็นภายในจิตใจ
การถ่ายภาพสมอง
ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสมองสามารถดูโครงสร้างหรือหน้าที่ของสมองได้ ในการถ่ายภาพโครงสร้างเครื่องจักรจะถ่ายภาพรวมของกายวิภาคศาสตร์ขนาดใหญ่ของสมองที่สามารถใช้ในการวินิจฉัยเนื้องอกหรือลิ่มเลือด ฟังก์ชั่นการถ่ายภาพให้มุมมองแบบไดนามิกของสมองแสดงให้เห็นว่าพื้นที่ใดมีการใช้งานในระหว่างการคิดและการรับรู้
เทคนิคการถ่ายภาพโครงสร้างรวมถึงการสแกนแบบ CAT หรือการเอกซเรย์แบบใช้คอมพิวเตอร์ซึ่งถ่ายภาพชิ้นผ่านสมองด้วยการฉายแสงรังสีเอกซ์ที่หัวจากมุมที่แตกต่างกัน การสแกนแบบ CAT หรือ CT มักใช้เพื่อวินิจฉัยอาการบาดเจ็บที่สมองเช่น อีกวิธีหนึ่งคือโพซิตรอนฉายเอกซ์เรย์ (PET) สร้างทั้งภาพ 2D และ 3D ของสมอง: สารเคมีที่ติดป้ายกัมมันตภาพรังสีที่ฉีดเข้าไปในเลือดจะปล่อยรังสีแกมม่าที่สแกนเนอร์ตรวจพบ และการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) ให้มุมมองของโครงสร้างโดยรวมของสมองโดยการวัดการหมุนของอะตอมของแม่เหล็กภายในสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่ง
"ไม่มีคำถามว่า MRI น่าจะเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการมองเห็นสมอง" ดร. เมาริซิโอคาสทิลโลนักรังสีวิทยาจากมหาวิทยาลัยนอร์ ธ แคโรไลน่าที่แชเปิลฮิลล์และหัวหน้าบรรณาธิการวารสาร American Neuroradiology กล่าว
ในขอบเขตของการถ่ายภาพเพื่อการทำงานมาตรฐานทองคำปัจจุบันคือ MRI (fMRI) ที่ใช้งานได้ เทคนิคนี้วัดการเปลี่ยนแปลงของการไหลเวียนของเลือดไปยังส่วนต่าง ๆ ของสมองในฐานะพร็อกซีสำหรับพื้นที่ที่ทำงานเมื่อมีคนทำงานเช่นอ่านคำหรือดูรูปภาพ
“ ความสำคัญในทุกวันนี้คือการพยายามผสานวิธีการที่สมองเชื่อมโยงกับการกระตุ้นของเยื่อหุ้มสมอง” Castillo กล่าว
วิธีการหลายอย่างสามารถรวมกันเพื่อผสานโครงสร้างสมองและฟังก์ชั่น ตัวอย่างเช่นการสแกน MRI และ PET สามารถทำได้พร้อมกันและภาพสามารถนำมารวมกันเพื่อแสดงกิจกรรมทางสรีรวิทยาทับบนแผนที่กายวิภาคของสมอง ผลลัพธ์ที่ได้สามารถนำไปใช้บอกตำแหน่งของรอยโรคในสมองได้ดังนั้นศัลยแพทย์จึงสามารถนำออกได้
เมื่อเร็ว ๆ นี้เทคนิคใหม่ได้รับการพัฒนาเพื่อให้เห็นอย่างแท้จริงภายในสมอง เรียกว่า CLARITY (แต่เดิมสำหรับ Clear Lipid-hybridized Acrylamide-hybridized Rigid Imaging / Immunostaining / In situ hybridization-tissue-hYdrogel ที่เข้ากันได้) สามารถทำให้สมองมีความโปร่งใสต่อแสงในขณะที่ยังคงโครงสร้างของมันไว้ เทคนิคนี้ได้ถูกนำมาใช้เพื่อให้เห็นภาพการเดินสายประสาทของสมองหนูที่โตเต็มวัยแล้ว
ถอดรหัสความคิด
นักวิทยาศาสตร์บางคนต้องการที่จะเห็นภายในสมองเป็นรูปเป็นร่างมากขึ้น ป้อนอินเตอร์เฟสคอมพิวเตอร์สมอง (BCIs หรือ BMIs, อินเตอร์เฟสสมองกล), อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อสัญญาณสมองกับอุปกรณ์ภายนอกเช่นคอมพิวเตอร์หรือแขนขาเทียม BCIs มีตั้งแต่ระบบที่ไม่รุกล้ำซึ่งประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าที่วางอยู่บนหนังศีรษะไปจนถึงระบบที่มีการบุกรุกที่ต้องการขั้วไฟฟ้าในสมองนั่นเอง
Nonisvasive BCIs รวมถึง electroencephalography (EEG) บนหนังศีรษะซึ่งบันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทจำนวนมากบนพื้นที่สมองขนาดใหญ่ ข้อดีของระบบที่ใช้ EEG คือไม่ต้องผ่าตัด ในทางตรงกันข้ามระบบเหล่านี้สามารถตรวจจับการทำงานของสมองทั่วไปเท่านั้นดังนั้นผู้ใช้จะต้องมุ่งเน้นความคิดของเขาหรือเธอในงานเดียว
ระบบที่มีการรุกรานมากขึ้น ได้แก่ คลื่นไฟฟ้า (ECoG) ซึ่งมีการฝังขั้วไฟฟ้าไว้ที่ผิวสมองเพื่อบันทึกสัญญาณ EEG จากเยื่อหุ้มสมอง ตั้งแต่ Wilder Penfield และ Herbert Jasper เป็นผู้บุกเบิกเทคนิคในช่วงต้นทศวรรษ 1950 มันถูกนำมาใช้เพื่อจุดประสงค์อื่นในการระบุบริเวณสมองที่มีอาการชักจากโรคลมชัก
บีซีไอบางคนใช้ขั้วไฟฟ้าที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มสมองของสมอง แม้ว่าระบบเหล่านี้จะมีการบุกรุกมากกว่า แต่ก็มีความละเอียดที่ดีกว่ามากและสามารถรับสัญญาณที่ส่งมาจากเซลล์ประสาทส่วนบุคคล ตอนนี้ BCIs ยังสามารถอนุญาตให้มนุษย์ที่เป็นโรคอัมพาตขา (อัมพาตของแขนทั้งสี่) สามารถควบคุมแขนหุ่นยนต์ผ่านความคิดเพียงอย่างเดียวหรืออนุญาตให้ผู้ใช้สะกดคำบนหน้าจอคอมพิวเตอร์โดยใช้ความคิดของพวกเขา
แม้จะมีความก้าวหน้ามากมาย แต่หลายคนยังไม่รู้เกี่ยวกับสมอง เพื่อเชื่อมช่องว่างนี้นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันกำลังเริ่มโครงการใหม่เพื่อทำแผนที่สมองมนุษย์ประกาศโดยประธานาธิบดีบารัคโอบามาในเดือนเมษายนที่เรียกว่าโครงการสมอง (การวิจัยทางสมองผ่านนวัตกรรมประสาทวิทยา)
แต่นักประสาทวิทยาทำให้งานของพวกเขาถูกตัดออกไป “ สมองน่าจะเป็นกลไกที่ซับซ้อนที่สุดในเอกภพ” Castillo กล่าว "เรายังห่างไกลจากการทำความเข้าใจ"
