Nota Editor: Dalam siri mingguan ini, LiveScience meneroka bagaimana teknologi memacu penerokaan saintifik dan penemuan.
Pengalaman manusia ditakrifkan oleh otak, tetapi lebih banyak tentang 3-lb ini. organ tetap misteri. Walau bagaimanapun, dari pengimejan otak ke antara muka otak-komputer, para saintis telah membuat langkah-langkah yang mengagumkan dalam membangunkan teknologi untuk melihat ke dalam minda.
Imaging otak
Pada masa ini, saintis yang mempelajari otak dapat melihat struktur atau fungsinya. Dalam pengimejan struktur, mesin mengambil gambar dari anatomi skala besar otak yang boleh digunakan untuk mendiagnosis tumor atau pembekuan darah, misalnya. Pencitraan fungsional memberi pandangan dinamik otak, menunjukkan kawasan mana yang aktif semasa pemikiran dan persepsi.
Teknik pencitraan struktur termasuk imbasan CAT, atau tomografi aksial berkomputer, yang mengambil gambar kepingan melalui otak dengan memancarkan sinar-X di kepala dari banyak sudut yang berbeza. CAT, atau CT, scan sering digunakan untuk mendiagnosis kecederaan otak, contohnya. Kaedah lain, tomografi pelepasan positron (PET), menghasilkan kedua-dua imej 2D dan 3D otak: Sebuah kimia yang dilabel radioaktif yang disuntik ke dalam darah memancarkan sinar gamma yang mengesan pengimbas. Dan pencitraan resonans magnetik (MRI) memberikan pandangan keseluruhan struktur otak dengan mengukur spin atom magnet di dalam medan magnet yang kuat.
"Tidak ada persoalan bahawa MRI mungkin adalah cara terbaik untuk melihat otak," kata Dr Mauricio Castillo, seorang ahli radiologi di University of North Carolina di Chapel Hill dan editor ketua Amerika Journal of Neuroradiology.
Dalam bidang pengimejan berfungsi, standard emas semasa adalah MRI berfungsi (fMRI). Teknik ini mengukur perubahan aliran darah ke kawasan otak yang berbeza sebagai proksi untuk kawasan mana yang aktif apabila seseorang melaksanakan tugas seperti membaca perkataan atau melihat gambar.
"Penekanan pada masa kini adalah untuk cuba menggabungkan bagaimana otak berwayar dengan pengaktifan korteks," kata Castillo.
Beberapa kaedah boleh digabungkan untuk bergabung dengan struktur dan fungsi otak. Sebagai contoh, pengimbasan MRI dan PET boleh dilakukan secara serentak, dan imej boleh digabungkan untuk menunjukkan aktiviti fisiologi yang ditapis pada peta anatomi otak. Hasil akhir boleh digunakan untuk memberitahu pakar bedah lokasi lesi otak supaya dapat dikeluarkan, kata Castillo.
Baru-baru ini, teknik baru telah dibangunkan untuk dilihat secara literal di dalam otak. Dipanggil CLARITY (asalnya untuk Lipit yang ditukar Acrylamide-hybridized Imaging Strengthening / Immunostaining / In situ hibridisasi Tisu-hYdrogel), ia boleh membuat otak (tidak hidup) telus kepada cahaya sambil mengekalkan strukturnya utuh. Teknik ini telah digunakan untuk menggambarkan pendawaian neurologi otak tetikus dewasa.
Menafsirkan pemikiran
Sesetengah saintis mahu melihat di dalam otak lebih kiasan. Masukkan antara muka komputer otak (BCI atau BMI, antara muka mesin otak), peranti yang menghubungkan isyarat otak ke peranti luaran, seperti komputer atau anggota prostetik. BCI terdiri daripada sistem noninvasive yang terdiri daripada elektrod yang diletakkan di atas kulit kepala, kepada yang lebih invasif yang memerlukan elektrod untuk ditanamkan di dalam otak itu sendiri.
BCI noninvasive termasuk electroencephalography berasaskan kulit kepala (EEG), yang merekodkan aktiviti banyak neuron di kawasan otak yang besar. Kelebihan sistem berasaskan EEG ialah mereka tidak memerlukan pembedahan. Sebaliknya, sistem ini hanya dapat mengesan aktiviti otak umum, jadi pengguna harus menumpukan perhatiannya hanya dengan satu tugas sahaja.
Sistem yang lebih invasif termasuk electrocorticography (ECoG), di mana elektrod ditanamkan di permukaan otak untuk merekodkan isyarat EEG dari korteks. Sejak Wilder Penfield dan Herbert Jasper mempelopori teknik ini pada awal 1950-an, ia telah digunakan, di antara tujuan lain, untuk mengenal pasti kawasan otak di mana serangan epileptik bermula.
Sesetengah BCI menggunakan elektrod yang ditanamkan di dalam korteks otak. Walaupun sistem ini lebih invasif, mereka mempunyai resolusi yang lebih baik dan boleh mengambil isyarat yang dihantar oleh neuron individu. BCI kini boleh membenarkan manusia dengan paraplegia (kelumpuhan semua anggota badan) untuk mengawal lengan robot melalui pemikiran sahaja, atau membenarkan pengguna menguraikan kata-kata pada skrin komputer menggunakan hanya fikiran mereka.
Walaupun banyak kemajuan, banyak yang tidak diketahui tentang otak. Untuk merapatkan jurang ini, para saintis Amerika memulakan projek baru untuk memetakan otak manusia, yang diumumkan oleh Presiden Barack Obama pada bulan April, yang dipanggil inisiatif BRAIN (Penyelidikan Brain melalui Memajukan Neuroteknologi Inovatif).
Tetapi ahli sains saraf telah memotong kerja mereka untuk mereka. "Otak itu mungkin mesin yang paling kompleks di alam semesta," kata Castillo. "Kami masih jauh dari memahaminya."
