Naujosios technologijos padeda suprasti didžiausią neatskleistą biologijos paslaptį – kaip iš tikrųjų funkcionuoja smegenys. Smegenų veiklos išaiškinimas ir supratimas galėtų padėti žmonėms su tokiais susirgimais kaip Alzhaimerio ir Parkinsono ligos, šizofrenija, autizmas, kt. Nors pasitelkiant naujausius smegenų tyrimo metodus, ištirta tik labai maža smegenų dalis, kai kurie tyrimai jau dabar padeda žmonėms, atskleidžiama vasario mėnesio „National Geographic Lietuva“ numeryje.
Smegenų ir kompiuterio sąsajos yra būtent ta tyrimų šaka, kur protinės veiklos fiksavimas jau daro teigiamą įtaką žmonių gyvenimui. Cathy Hutchinson buvo 43-eji, kai ištiko sunkus insultas, po kurio ji negalėjo nei judėti, nei kalbėti. Šiandien ji vis dar beveik visiškai paralyžiuota ir negali kalbėti, tačiau bendrauja žiūrėdama į raides, esančias prie vežimėlio priveržtame kompiuterio monitoriuje, o kamera seka jos akinių viduryje pritvirtinto mažo metalinio disko judėjimą.
Šalia viršutinės smegenų dalies yra motorine žieve vadinama sritis, kurioje kyla raumenų judėjimo impulsai. Kai žmones ištinka paralyžius, motorinė žievė dažnai būna nepaliesta, tačiau kūnui nebegali perduoti impulsų, nes jungtys yra suardytos. Brauno universiteto neurobiologo Johno Donoghue nuomone, paralyžiuotiems žmonėms būtų galima padėti prisijungiant prie jų motorinės žievės impulsų.
„Galbūt šie žmonės ilgainiui vien mintimis išmoktų spausdinti kompiuteriu ar valdyti mechanizmą. D. Donoghue ilgai kūrė implantą ir išbandė šį įtaisą su beždžionėmis. Kai jis su bendradarbiais įsitikino, kad įtaisas saugus, pradėjo dirbti su žmonėmis. C. Hutchinson – viena jo pacienčių“, – rašoma „National Geographic Lietuva“ numerio straipsnyje, skirtame paslaptingiausiai žmogaus kūno sričiai aptarti.
Chirurgai jos kaukolėje pragręžė pokerio žetono dydžio skylę ir įtaisė su D. Donoghue įtaisu jungiamą jutiklį. Jame – šimtas miniatiūrinių adatų, kurios spaudė į C. Hutchinson motorinę žievę ir fiksavo gretimų neuronų impulsus. Prie šio įtaiso prijungtas laidų komplektas buvo ištrauktas pro kaukolės angą ir sujungtas su metaline jungiamąja plokšte ant jos pakaušio. Vėliau implantas buvo prijungtas prie kabelio, kuriuo jos smegenų impulsų pavyzdžiai buvo siunčiami į keletą sujungtų kompiuterių.
Dar vėliau prie kompiuterių buvo prijungta roboto ranka ir įdiegta programa, kuri interpretavo C. Hutchinson smegenų impulsus ir judino ranką pirmyn ir atgal, pakeldavo ir nuleisdavo, taip pat atgniauždavo ir sugniauždavo roboto pirštus. Po kelių treniruočių C. Hutchinson, kompiuteris ir roboto ranka dirbo išvien. Visiškai paralyžiuota moteris siektelėjo puodelio kavos, sugriebė ir prispaudė prie lūpų.
„Šiuo metu D. Donoghue su kitais mokslininkais sėkmingai tęsia darbą ir tikisi sukurti galingas, saugias ir lengvai naudojamas žmogaus bei mašinos sąsajas. Djuko universitete Miguelis Nicolelis eksperimentuoja su egzoskeletais, kurie tvirtinami ant kūno. Jei viskas klostysis sėkmingai, abiejų kojų paralyžių turintis žmogus, dėvėdamas panašų, tačiau paprastesnį įtaisą, nuspirs pirmąjį kamuolio smūgį pasaulio futbolo čempionate“, – teigiama straipsnyje.
M. Nicolelis įsitikinęs, jog ilgainiui smegenų implantai bus ne mažiau įprasti nei širdies. Atliekant skirtingus smegenų tyrimus, tikimasi padėti ir kitomis ligomis sergantiems žmonėms, tačiau bene didžiausias trukdis tiriant žmogaus smegenis – milžiniškas gaunamos informacijos kiekis.
***
Kiti žurnalo „National Geographic Lietuva“ vasario mėnesio numeryje aptariami šiuo metu vykdomi smegenų atvaizdavimo būdai ir tyrimai:
Martinsono biomedicininių vaizdinių tyrimo centre smegenys tiriamos pasitelkiant smegenų skaitytuvą – šalmą su jutikliais, kuris sunaudoja beveik tiek galios, kiek atominis povandeninis laivas. Jis padeda sudaryti kiekvieno tyrime dalyvaujančio žmogaus smegenų žemėlapį. Daugybė smegenų sričių jungia apytiksliai 160 tūkst. kilometrų baltąja medžiaga vadinamų skaidulų – tokio ilgio pakaktų keturis kartus apjuosti Žemę. Šis nervinių skaidulų tinklas jungia skirtingas smegenų sudedamąsias dalis ir duoda pradžią mintims, jausmams bei suvokimui. Tyrimo vadovas Vanas Weddenas įsitikinęs, jog smegenis sudaro ištisas tinklas. Gali būti, kad minčių judėjimas panašus į automobilių eismą baltosios medžiagos keliais, kai impulsai siunčiami iš vienos smegenų srities į kitą.
Neurobiologas Jeffas Lichtmanas kuria tikslius trimačius neuronų vaizdus. Kad pavyktų gauti vaizdus, jis su bendradarbiais apdorotus pelės smegenų gabalėlius deda į mėsos pjaustyklę primenantį neuroanatomijos prietaisą, kuriuo audinys supjaustomas tokiais plonais sluoksniais, kad kiekvienas yra plonesnis nei tūkstantoji žmogaus plauko dalis. Kompiuteryje šie vaizdai sudedami kaip kūgis. Išryškėjus trimačiam vaizdui, mokslininkai gali jį tirti, tarsi būtų povandeniniame laive. Kol kas didžiausias pelės smegenų kiekis, kurį D. Lichtmanui pavyko atkurti, yra maždaug druskos kruopelytės dydžio. Vien iš jo gauti duomenys sudaro šimtą terabaitų, tokį pat duomenų kiekį gautume sudėję 25 tūkst. raiškiųjų filmų.
Sietlo Aleno smegenų mokslo institute buvo sukurtas molekulinės smegenų struktūros žemėlapis, vadinamas Aleno smegenų atlasu. Mokslininkai analizuoja neseniai mirusių žmonių smegenis, kurias paaukojo artimieji, ir skaitytuvais padarytais smegenų vaizdais naudojasi kaip trimačiais žemėlapiais. Tuomet šios smegenys padalijamos į mikroskopiškai plonas atpjovas, kurios dedamos ant objektinių stiklelių. Paskui jos panardinamos į chemikalus, kurie išryškina neuronuose esančius aktyvius genus. Tyrėjau jau turi šešių žmonių smegenų atvaizdus ir sužymėjo 20 tūkst. baltymus koduojančių genų veikimą kiekvienų smegenų 700 vietų.
Bene nuostabiausiu smegenų atvaizdavimo būdu laikomas neurobiologo ir psichiatro Karlo Deisserotho sumanymas – norėdamas pamatyti smegenis, jis jas pirmiausia panaikina, kitaip tariant padaro skaidrias. Skaidrios smegenys pranašesnės tuo, kad nepjaunant galima pamatyti, kaip jos funkcionuoja. Nuskaidrinus smegenis, į jas galima įšvirkšti švytinčių cheminių žymenų, kurie jungiasi tik su konkrečiais baltymais ar žymi tam tikrą nutolusių smegenų sričių neuronus jungiantį kelią.
