Bilim adamları hala beynin nasıl çalıştığı bulmacasını birleştiriyorlar. Getty Images üzerinden Yuichiro Chino / Moment
Beynin nasıl çalıştığı sadece birkaç parça ile bir bulmaca olarak kalır. Bunlardan, büyük bir parça aslında bir varsayımdır: beynin fiziksel yapısı ve işlevselliği.
Beynin işleri, konuşma, akıl yürütme, duygular, öğrenme, hareketin ince kontrolü ve diğerlerinin yanı sıra dokunma, görsel ve ses girişlerini yorumlamayı içerir. Sinirbilimciler, tüm bu işlevleri mümkün kılan yüz milyarlarca sinir lifi ile beynin anatomisinin olduğunu varsayarlar. Beynin “canlı telleri”, insanların şaşırtıcı yeteneklerine yol açan ayrıntılı nörolojik ağlarla bağlantılıdır.
Bilim adamları sinir liflerini ve bağlantılarını haritalayabilir ve görme gibi daha yüksek bir işlev için içinden akan dürtülerin zamanlamasını kaydedebilirlerse, örneğin kişinin nasıl gördüğü sorusunu çözebilmeleri gerekir. Araştırmacılar kullanarak beyin haritalama daha iyi oluyor traktorafi - 3D modelleme kullanarak sinir lifi yollarını görsel olarak temsil eden bir teknik. Ve kan akışını ölçmek için gelişmiş fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme kullanarak bilginin beyinden nasıl geçtiğini kaydetme konusunda daha iyi oluyorlar.
Ancak bu araçlara rağmen, hiç kimse anlamaya çok daha yakın görünmüyor gerçekten nasıl görüyoruz. Sinirbilim, hepsinin nasıl bir araya geldiğine dair basit bir anlayışa sahiptir.
Bu eksikliği gidermek için, ekibimin biyomühendislik araştırması beyin yapısı ve fonksiyonu arasındaki ilişkiye odaklanır. Genel amaç, bilişsel görevler sırasında farklı beyin bölgelerini aktive eden hem anatomik hem de kablosuz tüm bağlantıları bilimsel olarak açıklamaktır. Bilim adamlarının beyin fonksiyonu hakkında bildiklerini daha iyi yakalayan karmaşık modeller üzerinde çalışıyoruz.
Sonuçta, yapı ve fonksiyonun daha net bir resmi, beyin cerrahisinin yapıyı düzeltmeye çalıştığı yolların ince ayarını yapabilir ve bunun tersine, ilaç fonksiyonu düzeltmeye çalışır.
Elektrikli yakın alan bağlantıları, beyin içinde başka bir iletişim seviyesi sağlar. Getty Images aracılığıyla PM Görüntüleri / Taş
Kafanızda kablosuz erişim noktaları
Akıl yürütme ve öğrenme gibi bilişsel işlevler, zamana göre dizilmiş bir dizi farklı beyin bölgesini kullanır. Tek başına anatomi - nöronlar ve sinir lifleri - bu bölgelerin uyarılmasını aynı anda veya birlikte açıklayamaz.
Bazı bağlantılar aslında “kablosuz” dur. Bunlar elektrikli yakın alan bağlantılarıve traktograflarda yakalanan fiziksel bağlantılar değil.
Araştırma ekibim birkaç yıl boyunca bu kablosuz bağlantıların kökenleri ve alan kuvvetlerini ölçmek. Beyinde neler olup bittiğinin çok basit bir benzetmesi, bir kablosuz yönlendiricinin nasıl çalıştığıdır. İnternet, kablolu bir bağlantı yoluyla bir yönlendiriciye gönderilir. Yönlendirici daha sonra bilgileri kablosuz bağlantıları kullanarak dizüstü bilgisayarınıza gönderir. Genel bilgi aktarım sistemi, hem kablolu hem de kablosuz bağlantılar nedeniyle çalışır.
Elektrik alanları, yalıtımsız Ranvier düğümlerinde nöronların içine ve dışına akan yüklü parçacıklardan kaynaklanır. Getty Images Plus aracılığıyla ttsz / iStock
Beyin durumunda sinir hücreleri, hücre gövdesinden diğer nöronlara akson adı verilen uzun ipliksi kollar boyunca elektriksel uyarılar iletir. Bu arada, kablosuz sinyaller doğal olarak sinir hücrelerinin yalıtılmamış kısımlarından yayılır. Aksonun geri kalanını saran koruyucu yalıtıma sahip olmayan bu noktalara denir Ranvier düğümleri.
Ranvier düğümleri yüklü iyonların nöronun içine ve dışına yayılmasına izin vererek elektrik sinyalini aksondan aşağıya doğru yayıyor. İyonlar içeri ve dışarı aktıkça elektrik alanları oluşur. Bu alanların yoğunluğu ve yapısı sinir hücresinin aktivitesine bağlıdır.
İşte Küresel Nörolojik Ağlar Merkezi bunların nasıl olduğuna odaklanıyoruz kablosuz sinyaller beyinde çalışır bilgi iletmek.
Beynin doğrusal olmayan dünyası
Heyecanlı beyin bölgelerinin bilişsel işlevlerle nasıl eşleştiği konusundaki araştırmalar, aşırı basit modellere yol açan varsayımlara güvenirken başka bir hata yapar.
Araştırmacılar ilişkiyi şu şekilde modelleme eğilimindedir: tek değişkenli doğrusaltek bir beyin bölgesinin yanıtının ortalama büyüklüğünü ölçmek. Arkasındaki mantık ilk işitme cihazının tasarımı - bir kişinin sesi iki kat daha yüksek olursa, kulak iki kat daha fazla cevap vermelidir.
İşitme cihazı kullanıcıları, duyusal girdiyi ikiye katlamanın temel bir düzeltme olduğunu bilirler. Getty Images Plus aracılığıyla AndreyPopov / iStock
Ancak, araştırmacılar kulağın doğrusal bir sistem olmadığını ve dinleyicinin kapasitesiyle üretilen sesleri eşleştirmek için bir tür doğrusal olmayan sıkıştırma gerektiğinin daha iyi anlaşılması için yıllar boyunca işitme cihazları büyük ölçüde iyileşmiştir. Aslında, çoğu canlıların uyaranlara doğrusal, bire bir şekilde tepki veren algılama sistemleri yoktur..
Doğrusal modeller, bir sisteme girdi ikiye katlanırsa, o sistemin çıktısının da iki katına çıkacağını varsayar. Bu, girişin tek değeri için birçok çıkış değerinin mevcut olabileceği doğrusal olmayan modeller için geçerli değildir. Ve çoğu bilim adamı buna katılıyor sinirsel hesaplamalar aslında doğrusal değildir.
Beyin ve davranış arasındaki bağlantıyı anlamada çok önemli bir soru, beynin rakip alternatifler arasında en iyi eylem yoluna nasıl karar verdiğidir. Örneğin, beynin ön korteksi, çok miktarda veya değişkeni hesaplamak - potansiyel getirinin, başarı olasılığının ve zaman ve çaba açısından maliyetin hesaplanması. Sistem doğrusal olmadığından, potansiyel getirinin ikiye katlanması nihai bir kararı iki kat daha fazla verebilir.
{vücut V=394259925} Beyindeki bilgi akışı, bir 2D modelin yeterince gösterebileceğinden çok daha karmaşık ve dinamiktir.
Doğrusal modeller, beyin fonksiyonunda, özellikle anatomik yapının önerebileceğinin ötesinde ortaya çıkabilecek zengin olasılıkları kaçırır. Etrafımızdaki dünyanın 2B ve 3B gösterimleri arasındaki fark gibi.
Mevcut doğrusal modeller sadece bir beyin bölgesindeki ortalama uyarım seviyesini veya bir beyin yüzeyindeki akışı tanımlar. Bu, hem gelişmiş fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme hem de elektrikli yakın alan biyo görüntüleme verilerinden doğrusal olmayan modellerimizi oluştururken kullandığım meslektaşlarımdan ve daha az bilgi. Modellerimiz, beynin yüzeyleri boyunca ve içindeki derinliklere bilgi akışının 3D bir görüntüsünü sunar ve bizi her şeyin nasıl çalıştığını temsil etmeye yaklaştırır.
Sağlıklı görünen bir beynin fonksiyonel sorunları olabilir. Getty Images aracılığıyla Bilim Fotoğraf Kütüphanesi
Normal anatomi, fizyolojik işlev bozukluğu
Araştırma ekibim, tamamen normal görünümlü beyin yapılarına sahip insanların hala önemli fonksiyonel problemleri olabileceği gerçeğiyle ilgileniyor.
Nörolojik işlev bozukluğu ile ilgili araştırmamızın bir parçası olarak, bakımevlerinde, yas destek gruplarında, rehabilitasyon bakım tesislerinde, travma merkezlerinde ve akut bakım hastanelerinde bireyleri ziyaret ediyoruz. Sevdiklerini kaybeden insanların benzer semptomlar sergilemek Alzheimer hastalığı tanısı alan hastalara.
Keder, ölüme veya diğer kayıp türlerine karşı duygusal, bilişsel, işlevsel ve davranışsal tepkiler dizisidir. Bu bir devlet değil, daha ziyade geçici veya devam eden bir süreçtir.
Acı çekenlerin sağlıklı görünen beyinleri fizyolojik keder büzülmüş beyin bölgeleri ve nöron ağları arasındaki kesintili bağlantılar da dahil olmak üzere Alzheimer hastalığı olan kişilerde bulunan aynı anatomik sorunlara sahip değildir.
Bunun beynin sıcak noktalarının - fiziksel olmayan bağlantıların - artı beynin doğrusal olmayan operasyonunun zenginliğinin nasıl bir beyin taraması tarafından tahmin edilemeyecek sonuçlara yol açabileceğine sadece bir örnek olduğuna inanıyoruz. Muhtemelen daha birçok örnek var.
Bu fikirler, noninvaziv yollarla ciddi nörolojik durumların azaltılmasına yol açabilir. Yas tedavisi ve noninvaziv, elektrikli yakın alan nöromodülasyon cihazları sevilen birinin kaybı ile ilişkili semptomları azaltabilir. Belki de bu protokoller ve prosedürler, görüntülemenin anatomik değişiklikleri ortaya çıkardığı nörolojik disfonksiyonu olan hastalara daha yaygın olarak sunulmalıdır. Bu bireylerin bazılarını invaziv cerrahi prosedürlerden kurtarabilir.
Elektrikli yakın alan haritalamasındaki son ilerlemelerimizi kullanarak tüm beynin fiziksel olmayan bağlantılarını diyagram haline getirmek ve biyolojik olarak gerçekçi çok değişkenli doğrusal olmayan modeller olduğuna inandığımız şeyleri kullanmak, gitmek istediğimiz yere bir adım daha yaklaşmamızı sağlayacaktır. Beynin daha iyi anlaşılması, sadece işlevi düzeltmek için invaziv çalışma prosedürlerine olan ihtiyacı azaltmakla kalmayacak, aynı zamanda beynin en iyi yaptığı şey için daha iyi modellere yol açacaktır: hesaplama, bellek, ağ ve bilgi dağıtımı.
Yazar hakkında
Salvatore Domenic Morgera, Elektrik Mühendisliği ve Biyomühendislik Profesörü, Tau Beta Pi Seçkin Mühendis, Güney Florida Üniversitesi
Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.
İlgili Kitaplar:
Beden Skoru Tutar: Travmanın İyileşmesinde Beyin Zihin ve Beden
ile Bessel van der Kolk
Bu kitap, travma ile fiziksel ve zihinsel sağlık arasındaki bağlantıları araştırıyor, iyileşme ve iyileşme için içgörüler ve stratejiler sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Nefes: Kayıp Bir Sanatın Yeni Bilimi
James Nestor tarafından
Bu kitap, nefes alma bilimini ve pratiğini araştırıyor, fiziksel ve zihinsel sağlığı iyileştirmek için içgörüler ve teknikler sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Bitki Paradoksu: Hastalığa ve Kilo Almaya Neden Olan "Sağlıklı" Besinlerdeki Gizli Tehlikeler
Steven R. Gundry tarafından
Bu kitap diyet, sağlık ve hastalık arasındaki bağlantıları araştırıyor ve genel sağlık ve sıhhati iyileştirmek için içgörüler ve stratejiler sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Bağışıklık Kodu: Gerçek Sağlık ve Radikal Yaşlanma Karşıtı için Yeni Paradigma
kaydeden Joel Greene
Bu kitap, epigenetik ilkelerinden yararlanarak ve sağlık ve yaşlanmayı optimize etmek için içgörüler ve stratejiler sunarak sağlık ve bağışıklığa yeni bir bakış açısı sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Eksiksiz Oruç Rehberi: Aralıklı, Alternatif Gün ve Uzun Süreli Oruçla Vücudunuzu İyileştirin
Jason Fung ve Jimmy Moore tarafından
Bu kitap, genel sağlık ve sıhhati iyileştirmek için içgörüler ve stratejiler sunarak oruç bilimini ve uygulamasını araştırıyor.
