นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีการ "แฮกสมอง" โดยไม่ต้องพึ่งการผ่าตัด

วิทยาศาสตร์ที่ชอบด้วยกฎหมายจำนวนมาก - รวมทั้งนิยายวิทยาศาสตร์จำนวนมาก - กล่าวถึงวิธีการ "แฮ็คสมอง" ซึ่งหมายความว่าส่วนใหญ่เวลา - แม้ในตัวอย่างสมมติ - เกี่ยวข้องกับการผ่าตัดเปิดกะโหลกเพื่อปลูกฝังสายไฟหรืออุปกรณ์ทางร่างกาย เข้าไปในสมอง

แต่นั่นเป็นเรื่องยากอันตรายและอาจถึงตายได้ การทำงานกับสมองอย่างชาญฉลาดจะไม่จำเป็นต้องเปิดกะโหลกศีรษะของผู้ป่วย ความผิดปกติของระบบประสาทเป็นเรื่องธรรมดาที่ส่งผลกระทบต่อผู้คนกว่าพันล้านคนทั่วโลกทุกเพศทุกวัยและระดับการศึกษาและรายได้ การวิจัยของทีมวิศวกรรมประสาทของฉันซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามที่เพิ่มมากขึ้นทั่วทั้งสาขาวิชาวิศวกรรมชีวภาพกำลังทำงานเพื่อทำความเข้าใจและบรรเทาความผิดปกติของระบบประสาทต่างๆเช่นเส้นโลหิตตีบหลายโรคออทิสติกสเปกตรัมและโรคอัลไซเมอร์

คุณอาจชอบ: วิดีโอแสดงเข็มสมองที่กำลังถูกทดสอบกับมนุษย์

การระบุและมีอิทธิพลต่อการทำงานของสมองจากนอกกะโหลกศีรษะในที่สุดก็สามารถอนุญาตให้แพทย์วินิจฉัยและรักษาโรคทางระบบประสาทและความผิดปกติท

ดูเพิ่มเติมที่: การย้อนกลับของการสูญเสียความจำอาจเป็นไปได้ด้วยการใช้“ โมเลกุลการรักษา”

การเชื่อมต่อไร้สายภายในสมอง

กลุ่มของฉันเชื่อว่าเราเป็นคนแรกที่ค้นพบวิธีใหม่ของเซลล์ประสาทในการสื่อสารซึ่งกันและกัน เส้นประสาทเป็นที่รู้จักกันดีในการเชื่อมต่อผ่านการเชื่อมโยงทางกายภาพหรือสิ่งที่อาจเรียกว่าการเชื่อมต่อแบบใช้สายซึ่งแกนของเซลล์ประสาทหนึ่งส่งสัญญาณไฟฟ้าและเคมีไปยัง dendrites ของเซลล์ข้างเคียง

การวิจัยของเราพบว่าเซลล์ประสาทยังสื่อสารแบบไร้สายโดยใช้กิจกรรมที่มีสายเพื่อสร้างสนามไฟฟ้าขนาดเล็กของพวกเขาเองและตรวจจับเซลล์ที่อยู่ใกล้เคียงที่สร้างขึ้น สิ่งนี้สร้างความเป็นไปได้ของเส้นทางเดินทางประสาทจำนวนมากและสามารถช่วยอธิบายได้ว่าทำไมส่วนต่าง ๆ ของสมองจึงเชื่อมต่อกันอย่างรวดเร็วในระหว่างการปฏิบัติงานที่ซับซ้อน

เราสามารถตรวจสอบสนามไฟฟ้าเหล่านี้จากภายนอกกะโหลกศีรษะได้อย่างมีประสิทธิภาพฟังในการสื่อสารประสาท เราหวังว่าจะช่วยเราค้นหาทางเลือกการเชื่อมต่อที่ดีต่อสุขภาพสำหรับเส้นประสาทที่เสียหายจากการตีบหลายครั้งหรือการปรับสมดุลของเส้นประสาทเนื่องจากความผิดปกติของออทิสติกสเปกตรัมหรือเซลล์ประสาทชั้นยอดที่จะยิงด้วยกันในรูปแบบเฉพาะและฟื้นฟูความทรงจำระยะยาว.

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเราพบเมื่อเส้นใยประสาทที่หุ้มฉนวนหรือ myelinated ในสมองมีการใช้งานและการส่งสัญญาณตามความยาวที่รู้จักกันเป็นศักยภาพการกระทำภูมิภาคพิเศษตามความยาวของมันสร้างสนามไฟฟ้าขนาดเล็กมาก บริเวณเซลซึ่งเกิดเหตุการณ์นี้เรียกว่าโหนดของ Ranvier ทำหน้าที่เหมือนเสาอากาศขนาดเล็กที่สามารถส่งและรับสัญญาณไฟฟ้าได้

การหยุดชะงักของทั้งสองโครงสร้างที่มีความเชี่ยวชาญสูง - ปลอกไมอีลินหรือโหนดของ Ranvier - ไม่เพียง แต่ส่งผลให้เกิดความผิดปกติทางระบบประสาท แต่การเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าโดยรอบก็เช่นกัน

ฟังประสาท

ความท้าทายทางเทคโนโลยีเกี่ยวข้องกับการกำหนดเป้าหมายเฉพาะส่วนของสมองอย่างแม่นยำเพื่อรับฟัง อุปกรณ์จะต้องรับสัญญาณจากพื้นที่โดยประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์ซึ่งอยู่ลึกเข้าไปในสมองหลายเซนติเมตร

วิธีหนึ่งคือการวางแพทช์เสาอากาศแบบยืดหยุ่นจำนวนเล็กน้อยบนหัวกะโหลกเพื่อสร้างสิ่งที่เราเรียกว่า“ สมองเลนส์” การเปรียบเทียบการอ่านจากแผ่นแปะหลาย ๆ อันช่วยให้เรากำหนดเป้าหมายทางประสาทเพื่อรับฟังทางอิเล็กทรอนิกส์ เรากำลังออกแบบและทดลองกับ metamaterials - วัสดุที่สร้างขึ้นในระดับโมเลกุล - ซึ่งดีเป็นพิเศษในการทำหน้าที่เป็นเสาอากาศที่มีความแม่นยำสูงซึ่งสามารถปรับได้เพื่อรับสัญญาณจากตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจง

ไม่มีอาการปวด แต่ได้รับผลประโยชน์อย่างมาก

โดยการฟังการสื่อสารไร้สายระหว่างเส้นประสาทเราสามารถระบุพื้นที่ของสมองที่สนามไฟฟ้าระบุว่ามีปัญหา ลักษณะรายละเอียดของกิจกรรมของเส้นประสาท - หรือขาดกิจกรรม - สามารถเสนอเบาะแสเกี่ยวกับปัญหาเฉพาะที่เกิดขึ้นในสมอง การค้นพบเหล่านี้สามารถช่วยในการวินิจฉัยเงื่อนไขทางการแพทย์ที่อาจเกิดขึ้นได้ง่ายกว่าวิธีการปัจจุบัน

ตัวอย่างเช่นในกรณีที่เกิดขึ้นจริงของผู้ป่วยรายหนึ่งหญิงอายุ 38 ปีเราจะเรียกว่า "Bianca" ซึ่งได้รับการวินิจฉัยว่ามีหลายเส้นโลหิตตีบโรคเสื่อมของสมองและไขสันหลังที่ไม่รู้จักการรักษา. ระบบภูมิคุ้มกันของผู้ป่วยหลายเส้นโลหิตตีบสร้างความเสียหายเยื่อหุ้มไมอีลินระหว่างโหนดของ Ranvier ทำให้เกิดปัญหาการสื่อสารระหว่างสมองและส่วนอื่น ๆ ของร่างกาย ความเสียหายนี้จะเปลี่ยนแปลงกิจกรรมในเส้นประสาทที่ได้รับผลกระทบอย่างรุนแรง

เพื่อติดตามความคืบหน้าของการเกิดโรคของเธอบิอันกามีไขสันหลังเพื่อดูว่าไขสันหลังของเธอนั้นมีแอนติบอดี้ที่เกี่ยวข้องกับ MS ในระดับสูงหรือไม่ นอกจากนี้เธอยังได้ทำการสแกน MRI เพื่อเปิดเผยพื้นที่ของสมองของเธอที่มีไมอีลินได้รับความเสียหายและจะต้องเผชิญกับการทดสอบเพิ่มเติมเพื่อพิจารณาว่าข้อมูลไหลเวียนอย่างรวดเร็วผ่านระบบประสาทของเธอ

การใช้อุปกรณ์เลนส์สมองจะช่วยให้แพทย์สามารถตรวจสอบสมองของ Bianca ได้โดยไม่ต้องแตะที่สันหลังเจ็บปวดและการสแกน MRI และ CT แบบอึดอัดและเสียเวลา บางวันอาจอนุญาตให้ Bianca ตรวจสอบสมองของเธอและส่งข้อมูลไปยังผู้เชี่ยวชาญของเธอเพื่อทำการประเมินผล

การรักษาโดยไม่ใช้ยาและศัลยกรรม

นอกจากนี้เราหวังว่าวิธีการของเราสามารถนำไปสู่การรักษาแบบใหม่ที่ง่ายขึ้นสำหรับผู้ป่วย ในขณะนี้ Bianca กำลังใช้ยาหลายตัวที่มีความเสี่ยงต่อสุขภาพอย่างมีนัยสำคัญและมักทำให้เธอรู้สึกคลื่นไส้และเหนื่อยล้า เธอเป็นหนึ่งในหลาย ๆ คนที่ต้องการลองตัวเลือกการบำบัดที่แตกต่างกัน

งานนี้มีแผนที่จะไปไกลกว่าการระบุภูมิภาคของสมองของเธอที่สนามไฟฟ้าบ่งบอกถึงสภาพที่ไม่แข็งแรง ได้รับแรงบันดาลใจจากการจัดการเครือข่ายคอมพิวเตอร์และเครือข่ายดิจิตอลขั้นสูงซึ่งเป็นเส้นทางสัญญาณรอบ ๆ พื้นที่ที่ได้รับความเสียหายหรือขัดจังหวะเรากำลังพัฒนาวิธีการที่ระบบแพทช์หนังศีรษะของเราสามารถส่งข้อความไปยังสมองได้เช่นกัน

ดูเพิ่มเติม: ส่วนต่อประสานสมอง - คอมพิวเตอร์สามารถแปลความคิดง่าย ๆ เป็นคำพูด

เส้นใยประสาทที่เสียหายแต่ละเส้นนั้นโดยทั่วไปแล้วหนึ่งในพันจะรวมตัวกันเป็นเส้นใยประสาทซึ่งเส้นใยประสาทข้างเคียงจะมีสุขภาพดี อุปกรณ์ของเราสามารถช่วยระบุไซต์ที่มีความเสียหายของไมอีลินและติดตามเส้นใยประสาทเหล่านั้นก่อนถึงจุดที่เกิดความเสียหายเพื่อรับสัญญาณที่ไม่ถูกรบกวน จากนั้นเราจะใช้เลนส์สมองเพื่อส่งสัญญาณสนามไฟฟ้าเสริมเข้าสู่สมองส่งสัญญาณที่ดีต่อสุขภาพไปยังพื้นที่รอบ ๆ ความเสียหายของไมอีลินเพื่อกระตุ้นให้เส้นใยประสาทข้างเคียงส่งข้อความที่เส้นใยที่เสียหายไม่สามารถทำได้

จนถึงตอนนี้เราสามารถจำลองวิธีการนี้ในสภาพแวดล้อมการคำนวณขั้นสูงโดยมีห้องปฏิบัติการวิจัยทางคลินิกให้ค่าพารามิเตอร์ของเส้นประสาทสมอง ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้าเราจะสร้างและทดสอบต้นแบบเลนส์สมอง การฟังในสมองและการสื่อสารกับมันมีความเป็นไปได้ใหม่ที่น่าสนใจสำหรับการวินิจฉัยและการรักษาทางการแพทย์โดยไม่ต้องผ่าตัด

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย Salvatore Domenic Morgera อ่านบทความต้นฉบับที่นี่