Як мозок людини обробляє числа ?
Новий підхід дослідників ґрунтується на використанні мікроелектродів і дозволив дослідникам вивчити, як мозок обробляє числа.
Дослідники з Мюнхенського технічного університету (Technical University of Munich) розробили новий метод вимірювання активності людського мозку на клітинному рівні завдяки пацієнтам з пухлинами мозку, які проходять операцію в «несплячому» стані.
Новий підхід ґрунтується на використанні мікроелектродів і дозволив дослідникам вивчити, як мозок обробляє числа.
У дослідженні, опублікованому у журналі Cell Reports, команда дослідників і клініцистів, які працюють із Саймоном Джейкобом, професором трансляційної нейротехнології у відділенні нейрохірургії університетської лікарні Klinikum rechts der Isar, змогла описати, як мозок обробляє числа.
Дослідження показало, що окремі нейрони у мозку учасників були спеціалізовані для обробки конкретних чисел.
Коли учасникам пред’являлася кількість елементів, що віддається їм, у точковому малюнку, ці нейрони виявляли підвищену активність. Процедура дослідницької групи включала адаптацію існуючих технологій і використання спеціально сконфігурованих мікроелектродних масивів.
«Ми вже знали, що тварини обробляють чимало об’єктів таким чином», — каже професор Джейкоб.
«Але дотепер не можна було остаточно продемонструвати, як це працює на людях. Це наблизило нас до розгадки механізмів когнітивних функцій і розробки рішень, наприклад, коли з цими функціями мозку щось йде не так».
Щоб досягти цього результату, професор Джейкоб і його команда спочатку повинні були вирішити фундаментальну проблему.
«Мозок функціонує за допомогою електричних імпульсів», — каже Саймон Джейкоб. «Отже, безпосередньо виявляючи ці сигнали, ми можемо дізнатися більше про пізнання та сприйняття».
Однак існує небагато можливостей для прямих вимірювань активності людського мозку.
Нейрони не можуть бути індивідуально записані через череп. Деякі медичні бригади хірургічно імплантують електроди пацієнтам з епілепсією.
Однак ці процедури не досягають області мозку, яка, як вважають, відповідає за обробку чисел.
Інноваційне просування усталених підходів
Тому Саймон Джейкоб і міждисциплінарна команда розробили підхід, який адаптує усталені технології та відкриває абсолютно нові можливості в нейронауці. В основі процедури – масиви мікроелектродів, які пройшли широкі випробування в дослідженнях на тваринах.
Щоб гарантувати, що електроди передаватимуть достовірні дані під час операцій на мозку людини в стані неспання, дослідникам довелося переналаштувати їх у тісній співпраці з виробником. Хитрість полягала в тому, щоб збільшити відстань між голчастими датчиками, які використовуються для реєстрації електричної активності клітини.
«Теоретично щільно упаковані електроди дадуть більше даних», — каже Саймон Джейкоб.
«Але на практиці велика кількість контактів приголомшує імплантовану ділянку мозку, тому дані, які можна використовувати, не записуються».
Пацієнти підтримують дослідження
Розробка процедури стала можливою лише завдяки тому, що пацієнти з пухлинами головного мозку погодилися підтримати команду дослідників.
Під час операції на мозку вони дозволили імплантувати датчики та виконували тестові завдання для дослідників. За словами Саймона Джейкоба, експериментальні процедури не вплинули негативно на роботу хірургічної бригади.
Більша кількість медичних центрів може проводити дослідження
«Наша процедура має дві ключові переваги, — каже Саймон Джейкоб.
По-перше, такі операції на пухлинах забезпечують доступ до значно більшої ділянки мозку.
І по-друге, за допомогою електродів, які ми використовували, які були стандартизовані та перевірені роками випробувань на тваринах, багато інших медичних центрів зможуть вимірювати активність нейронів у майбутньому», — зазначає Джейкоб.
У той час як операції з лікування епілепсії проводяться лише в невеликій кількості центрів і відносно невеликій кількості пацієнтів, пояснює він, набагато більше університетських лікарень виконують операції у стані неспання пацієнтам з пухлинами мозку.
«Завдяки значно більшій кількості досліджень із використанням стандартизованих методів і датчиків, ми можемо дізнатися набагато більше про те, як функціонує людський мозок у найближчі роки», — каже Саймон Джейкоб.
