A tudósok még mindig összerakják az agy működésének rejtélyét. Yuichiro Chino/Pillanat a Getty Images -on keresztül
Az agy működése rejtvény marad, csak néhány darab a helyén. Ezek közül egy nagy darab valójában egy sejtés: hogy van kapcsolat a az agy fizikai felépítése és működése.
Az agy feladatai közé tartozik az érintés, a vizuális és hangbemenetek értelmezése, valamint a beszéd, az érvelés, az érzelmek, a tanulás, a mozgás finom szabályozása és még sok más. Az idegtudósok feltételezik, hogy az agy anatómiája - több száz milliárd idegrostjával - teszi lehetővé mindezeket a funkciókat. Az agy „élő vezetékei” bonyolult neurológiai hálózatokba vannak kötve, amelyek az emberi lények csodálatos képességeit eredményezik.
Úgy tűnik, hogy ha a tudósok feltérképezik az idegrostokat és kapcsolataikat, és rögzítik a rajtuk átáramló impulzusok időzítését egy magasabb funkció, például a látás érdekében, akkor képesnek kell lenniük arra, hogy megoldják például azt, hogy hogyan lát. A kutatók egyre jobban feltérképezik az agyat traktográfia - az idegrostok útvonalait vizuálisan ábrázoló technika 3D modellezés segítségével. És egyre jobban rögzítik, hogyan mozog az információ az agyban, a továbbfejlesztett funkcionális mágneses rezonancia képalkotás segítségével a véráramlás mérésére.
De ezen eszközök ellenére senki sem tűnik sokkal közelebb a kitaláláshoz hogyan látjuk valójában. Az idegtudománynak csak kezdetleges megértése van arról, hogyan illeszkedik minden össze.
E hiányosság orvoslására, csapatom biomérnöki kutatása az agy szerkezete és működése közötti kapcsolatokra összpontosít. Az általános cél az, hogy tudományosan elmagyarázza az összes kapcsolatot - anatómiai és vezeték nélküli -, amelyek a különböző agyi régiókat aktiválják a kognitív feladatok során. Bonyolult modelleken dolgozunk, amelyek jobban rögzítik azt, amit a tudósok tudnak az agyműködésről.
Végső soron a szerkezet és a működés tisztább képe finomhangolhatja azokat a módszereket, amelyekkel az agysebészet megpróbálja korrigálni a szerkezetet, és fordítva, a gyógyszeres kezelés megpróbálja korrigálni a funkciót.
Az elektromos közelközeli kapcsolatok egy másik szintű kommunikációt biztosítanak az agyban. PM Images/Stone a Getty Images -on keresztül
Vezeték nélküli forró pontok a fejedben
Az olyan kognitív funkciók, mint az érvelés és a tanulás, számos különböző agyi régiót használnak, időbeli sorrendben. Az anatómia önmagában - az idegsejtek és az idegrostok - nem tudja megmagyarázni e régiók gerjesztését, egyidejűleg vagy párhuzamosan.
Néhány kapcsolat valójában „vezeték nélküli”. Ezek elektromos közel-mező csatlakozók, és nem a traktográfokban rögzített fizikai kapcsolatok.
Kutatócsoportom évek óta dolgozik a részletek részletezésén a vezeték nélküli kapcsolatok eredete és térerősségük mérése. Az agyban zajló események nagyon egyszerű analógiája a vezeték nélküli útválasztó működése. Az internet vezetékes kapcsolaton keresztül érkezik az útválasztóhoz. Az útválasztó ezután vezeték nélküli kapcsolatok segítségével elküldi az információkat a laptopnak. Az információátvitel általános rendszere mind a vezetékes, mind a vezeték nélküli kapcsolatok miatt működik.
Az elektromos mezők a Ranvier szigetelés nélküli csomópontjain lévő idegsejtekbe be- és kiáramló töltött részecskékből származnak. ttsz / iStock a Getty Images Plus-on keresztül
Az agy esetében az idegsejtek elektromos impulzusokat vezetnek le az axonoknak nevezett hosszú fonalas karokon a sejttestből más idegsejtekbe. Útközben a vezeték nélküli jeleket természetesen az idegsejtek szigeteletlen részei bocsátják ki. Ezeket a foltokat, amelyekből hiányzik az axon többi részét körülvevő védőszigetelés, ún Ranvier csomópontjai.
A Ranvier csomópontjai lehetővé teszik a töltött ionok diffúzióját a neuronba, majd onnan tovább, továbbítva az elektromos jelet az axonon. Az ionok be- és kiáramlásakor elektromos mezők keletkeznek. Ezen mezők intenzitása és szerkezete az idegsejt aktivitásától függ.
Itt a Neurológiai Hálózatok Globális Központja ezekre összpontosítunk vezeték nélküli jelek működnek az agyban információt közölni.
Az agy nemlineáris világa
Annak vizsgálata, hogy az izgatott agyi régiók hogyan illeszkednek a kognitív funkciókhoz, újabb hibát követ el, amikor túl egyszerű modellekhez vezető feltételezésekre támaszkodnak.
A kutatók hajlamosak a kapcsolatot úgy modellezni lineáris egyetlen változóval, egyetlen agyterület válaszának átlagos méretét mérve. Ez a logika mögött az első hallókészülék tervezése - ha az ember hangja kétszer olyan erős lesz, a fülnek kétszer annyit kell válaszolnia.
A hallókészülékek felhasználói tudják, hogy az érzékszervi bemenet megduplázása kezdetleges megoldás. AndreyPopov/iStock a Getty Images Plus -on keresztül
De a hallókészülékek jelentősen javultak az évek során, mivel a kutatók jobban megértették, hogy a fül nem lineáris rendszer, és a nemlineáris tömörítés egy formája szükséges ahhoz, hogy a hangokat a hallgató képességeihez igazítsa. Valójában a legtöbb az élőlényeknek nincsenek érzékelő rendszereik, amelyek lineárisan, egy az egyben reagálnak az ingerekre.
A lineáris modellek feltételezik, hogy ha a rendszer bemenetét megduplázzák, akkor a rendszer kimenete is megduplázódik. Ez nem igaz a nemlineáris modellekre, ahol sok kimeneti érték létezhet a bemenet egyetlen értékéhez. És a legtöbb tudós egyetért ezzel az idegi számítások valójában nemlineárisak.
Az agy és a viselkedés közötti kapcsolat megértésében kulcsfontosságú kérdés, hogy az agy hogyan dönti el a legjobb cselekvési módot a versengő alternatívák között. Például az agy homlokkérege optimális döntéseket hoz sok mennyiség vagy változó kiszámítása - a lehetséges megtérülés, a siker valószínűségének és a költségek kiszámítása idő- és erőfeszítésben. Mivel a rendszer nem lineáris, a potenciális megtérülés megduplázása jóval kétszer akkora valószínűséggel hozhat végső döntést.
{vembed V = 394259925} Az agyon keresztül történő információáramlás sokkal összetettebb és dinamikusabb, mint amennyit a 2D -modell megfelelően tud ábrázolni.
A lineáris modellek elmulasztják az agyműködésben rejlő lehetőségek sokféleségét, különösen azokat, amelyek túlmutatnak azon, amit az anatómiai szerkezet sugallna. Olyan ez, mint a különbség a körülöttünk lévő világ 2D és 3D ábrázolása között.
A jelenlegi lineáris modellek csak leírják az agyi régió gerjesztésének átlagos szintjét vagy az agyfelszínen való áramlást. Ez sokkal kevesebb információ, mint a kollégáim és én, amikor nemlineáris modelljeinket mind a továbbfejlesztett funkcionális mágneses rezonancia képalkotásból, mind az elektromos közelképes bioképadatokból építjük fel. Modelljeink 3D -s képet nyújtanak az információáramlásról az agy felületein és azok mélységein - és közelebb visznek minket ahhoz, hogy képviseljük mindezeket.
Az egészséges kinézetű agynak funkcionális problémái lehetnek. Science Photo Library a Getty Images-en keresztül
Normális anatómia, élettani diszfunkció
Kutatócsoportomat izgatja az a tény, hogy a teljesen normális kinézetű agyszerkezettel rendelkező embereknek továbbra is komoly funkcionális problémái lehetnek.
A neurológiai diszfunkcióval kapcsolatos kutatásaink részeként a hospice egységeket, a gyászokat támogató csoportokat, a rehabilitációs ellátó intézményeket, a traumaközpontokat és az akut kórházakat látogatjuk meg. Folyamatosan megdöbbenünk, amikor rájövünk, hogy azok az emberek, akik elvesztették szeretteiket, képesek hasonló tüneteket mutatnak az Alzheimer -kórral diagnosztizált betegeknél.
A bánat érzelmi, kognitív, funkcionális és viselkedési válaszok sorozata a halálra vagy más veszteségekre. Ez nem állapot, inkább folyamat, amely lehet ideiglenes vagy folyamatos.
A szenvedők egészséges kinézetű agya fiziológiai bánat nincsenek ugyanazok az anatómiai problémák - beleértve az összezsugorodott agyterületeket és a megszakadt kapcsolatokat a neuronok hálózata között -, amelyek az Alzheimer -kórban szenvedőknél fordulnak elő.
Úgy gondoljuk, hogy ez csak egy példa arra, hogy az agy forró pontjai - azok a kapcsolatok, amelyek nem fizikaiak -, valamint az agy nemlineáris működésének gazdagsága olyan eredményekhez vezethet, amelyeket az agyszkennelés nem jósolna meg. Valószínűleg még sok példa van.
Ezek az elképzelések utat mutathatnak a súlyos neurológiai állapotok nem invazív eszközökkel történő enyhítéséhez. Gyászterápia és nem invazív, elektromos közeli mező neuromodulációs eszközök csökkentheti a szeretett személy elvesztésével járó tüneteket. Talán ezeket a protokollokat és eljárásokat szélesebb körben kell kínálni azoknak a betegeknek, akik neurológiai diszfunkcióban szenvednek, ha a képalkotás anatómiai változásokat mutat. Megmentheti ezen személyek egy részét az invazív sebészeti beavatkozásoktól.
Ha az agy összes nem fizikai kapcsolatát ábrázoljuk az elektromos közel-térképezésben elért legújabb fejlesztéseink segítségével, és biológiailag reális, sokváltozós nemlineáris modelleket alkalmazunk, akkor egy lépéssel közelebb kerülünk ahhoz, ahová szeretnénk eljutni. Az agy jobb megértése nemcsak csökkenti az invazív műtéti eljárások szükségességét a működés korrigálásához, hanem jobb modelleket is eredményez az agy legjobb teljesítményéhez: számításhoz, memóriához, hálózatépítéshez és információelosztáshoz.
A szerzőről
Salvatore Domenic Morgera, villamosmérnöki és biomérnöki professzor, Tau Beta Pi kiváló mérnök, Dél-Floridai Egyetem
Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.
Kapcsolódó könyvek:
A test tartja a pontszámot: Az agy és a test a traumák gyógyításában
írta Bessel van der Kolk
Ez a könyv a trauma, valamint a fizikai és mentális egészség összefüggéseit tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva a gyógyuláshoz és felépüléshez.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
Lélegzet: Egy elveszett művészet új tudománya
írta: James Nestor
Ez a könyv a légzés tudományát és gyakorlatát tárja fel, betekintést és technikákat kínálva a testi és lelki egészség javítására.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
A növényi paradoxon: Az „egészséges” élelmiszerek rejtett veszélyei, amelyek betegségeket és súlygyarapodást okoznak
szerző: Steven R. Gundry
Ez a könyv az étrend, az egészség és a betegségek közötti összefüggéseket tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva az általános egészség és jólét javítására.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
Az Immunity Code: A valódi egészség és a radikális öregedésgátlás új paradigmája
írta Joel Greene
Ez a könyv új perspektívát kínál az egészségről és az immunitásról, az epigenetika alapelveire támaszkodva, valamint betekintést és stratégiákat kínál az egészség és az öregedés optimalizálásához.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
A böjt teljes útmutatója: Gyógyítsa meg testét időszakos, váltakozó napos és hosszabb böjtöléssel
Dr. Jason Fung és Jimmy Moore
Ez a könyv a böjt tudományát és gyakorlatát tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva az általános egészség és jólét javítására.
