VKontakte Facebook Odnoklassniki
Jak wiadomo, ludzki mózg i jego działania są pełne wielu tajemnic, które naukowcy próbują rozwikłać od dłuższego czasu.
Postanowiliśmy przedstawić Państwu pięć ostatnich odkryć w tej dziedzinie.
Kiedy mózg pracuje najefektywniej?
Naukowcy z Uniwersytetu w Montrealu odkryli, że ludzki mózg zaczyna najbardziej produktywnie i wydajnie pracować po 55. roku życia.
Naukowcy doszli do tego wniosku po przeprowadzeniu serii różnych testów z udziałem osób w różnym wieku.
Jak się okazało, to właśnie u osób w wieku od 55 do 75 lat, przy rozwiązywaniu złożonych problemów mózg pracuje w tzw. tryb specjalny – w trudnej sytuacji wraca do punktu wyjścia i działa bardzo precyzyjnie. Zatem, gdy starsza osoba analizuje problemy, proces ten jest dokładniejszy i z reguły szybciej znajduje rozwiązanie.
Wręcz przeciwnie, mózg młodych ludzi, aby znaleźć wyjście z trudnej sytuacji, zaczyna rozważać wszystkie możliwe opcje, co często prowadzi do zamętu w głowie.
Według dyrektora badawczego Uri Monchi, mózg osoby w wieku 55-75 lat pracuje w taki sposób, aby zaoszczędzić jak najwięcej swojej energii i skierować ją precyzyjnie na rozwiązywanie pojawiających się problemów.
Na tej podstawie naukowcy doszli do wniosku, że od momentu osiągnięcia przez osobę wieku 55 lat ludzki mózg zaczyna działać wydajniej i od tego wieku mądrość zaczyna przychodzić do człowieka.
Prawdziwe szczęście następuje dopiero po 74 latach
Przypomnijmy, że niedawno naukowcy z USA i Niemiec dokonali kolejnego odkrycia dotyczącego osób starszych. Okazało się, że prawdziwego szczęścia można doświadczyć dopiero po 74 latach.
Zdaniem naukowców wynika to z faktu, że już w wieku 15 lat przeciętny Europejczyk zaczyna tracić poczucie szczęścia, a proces ten nabiera tempa aż do 40 roku życia; Zdaniem ekspertów, właśnie w tych latach większość ludzi doświadcza w życiu szczytu rozczarowań.
Po przekroczeniu progu 40 lat poziom szczęścia stopniowo zaczyna się stabilizować i utrzymuje się na podobnym poziomie przez kilka kolejnych lat, by po 46 latach rozpocząć się jego powolny wzrost. Szczyt harmonii i spokoju w duszy przypada dokładnie w wieku 74 lat. Eksperci uważają, że 74 lata to dokładnie wiek, w którym ludzie zaczynają naprawdę doceniać życie.
IQ zmienia się wraz z wiekiem
Według brytyjskich naukowców z Centrum Neuroobrazowania przy University College London poziom inteligencji (IQ) może znacząco zmieniać się wraz z wiekiem.
Jest mało prawdopodobne, aby ktokolwiek myślał inaczej, ale badacze twierdzą, że to oni ustalili, że rozwój zdolności umysłowych człowieka trwa przez całe życie, a poziom inteligencji można znacznie zwiększyć dzięki ciągłemu treningowi mózgu.
W swojej pracy naukowcy przebadali 33 zdrowe dzieci w wieku od 12 do 16 lat, które poproszono o wykonanie testu sprawdzającego zarówno werbalny (pamięć, zdolności arytmetyczne i językowe, wiedza ogólna), jak i niewerbalny IQ (obejmujący rozwiązywanie zagadek).
Pierwsze badania przeprowadzono już w 2004 r., a następnie powtórzono je w 2008 r. Należy pamiętać, że w powtarzanym badaniu, oprócz oceny inteligencji, naukowcy wykorzystali rezonans magnetyczny do śledzenia, jak zmieniła się struktura mózgu młodych ludzi na przestrzeni tych 4 lat.
W rezultacie okazało się, że u nastolatków, którzy uzyskali dobre wyniki w testach IQ, zaobserwowano pozytywne zmiany w strukturze mózgu: zauważalnie wzrosła liczba komórek nerwowych regulujących proces myślenia. Według naukowców jest to wynik ciągłego treningu psychicznego (stresu), który obejmuje w szczególności zajęcia w szkole.
Według badaczy człowiek nie zatrzymuje się w swoim rozwoju, a wraz z wiekiem poziom inteligencji może wzrosnąć, ale tylko przy ciągłym treningu.
Inteligentny budzik - obudź się z radością
Kolejne wydarzenie, o którym chcemy Wam opowiedzieć, nie jest bezpośrednio związane z badaniami mózgu, ale naszym zdaniem jest dość interesujące.
Mówimy o rozwoju indyjskich naukowców, którzy wymyślili tzw. inteligentny budzik, którego głównym zadaniem jest umożliwienie człowiekowi wystarczającej ilości snu i sprawienie, aby przymusowe przebudzenie nie było już torturą.
Wynalazek naukowców monitoruje aktywność mózgu i budzi swojego właściciela właśnie w fazie snu REM. Dzięki temu człowiek obudzi się pełen energii, a jego organizm nie będzie potrzebował czasu na „odbudowanie się”.
Wcześniej istniały podobne budziki, ale wszystkie reagowały na ludzkie ruchy we śnie. Rozwój indyjskich naukowców działa na innej zasadzie: przed pójściem spać na głowę człowieka zakłada się specjalną taśmę z czujnikami.
Na 45 minut przed ustawioną godziną pobudki ten inteligentny budzik zaczyna analizować stan mózgu i kiedy dana osoba będzie najbardziej gotowa do przebudzenia, wyda sygnał.
„Drankoreksja” – nowa choroba nastolatków
Jeszcze jedna rzecz, o której chcielibyśmy porozmawiać, również nie jest odkryciem bezpośrednio związanym z mózgiem, ale nie można go zignorować, szczególnie we współczesnym świecie, a zwłaszcza w naszym kraju.
Faktem jest, że naukowcy z Uniwersytetu Missouri odkryli nowy problem u nastolatków, który sklasyfikowali jako chorobę i nazwali „drankoreksją”.
Faktem jest, że zdaniem naukowców około 16% nastolatków ogranicza spożycie kalorii z pożywienia (przestaje normalnie jeść) ze względu na tzw. kalorie „alkoholowe”. Według młodych ludzi pomaga im to schudnąć i oczywiście dziewczęta najczęściej stosują tę taktykę.
Oczywiście takie zaburzenia odżywiania i nadmierne spożycie alkoholu zbierają żniwo i mają niebezpieczne konsekwencje poznawcze, behawioralne i fizyczne. Ostatecznie to wszystko prowadzi do ryzyka rozwoju poważniejszych zaburzeń odżywiania, a nawet uzależnienia od narkotyków.
Według naukowców pozbawienie mózgu odpowiedniego odżywiania i picie dużych ilości alkoholu może być niebezpieczne: razem mogą prowadzić zarówno do krótkotrwałych, jak i długotrwałych problemów poznawczych, w tym trudności z koncentracją, nauką i podejmowaniem decyzji. Możliwa jest także agresja i różne zaburzenia psychiczne.
Każdego dnia Twój mózg wytwarza napięcie wystarczające do wytworzenia błyskawicy. Kiedy oglądasz telewizję, twój mózg ledwo pracuje, ale kiedy rozwiązujesz problemy w szkole podstawowej, pracuje ciężko. A jeśli spróbujesz wykonywać wiele zadań jednocześnie, możesz stracić część szarej materii.
Opowiadamy o wynikach ciekawych badań z zakresu neurobiologii opisanych w naszych książkach.
Dyrektor mózgu
Kiedy się czegoś uczymy, mózg wykorzystuje wiele wzajemnie powiązanych obszarów i regionów. Na przykład hipokamp prawie zawsze działa pod ścisłym nadzorem kory przedczołowej. Ogólnie rzecz biorąc, kora przedczołowa kontroluje naszą aktywność – zarówno fizyczną, jak i umysłową – poprzez odbieranie sygnałów z zewnątrz, a następnie wydawanie poleceń za pośrednictwem sieci neuronowej mózgu. Korę przedczołową można uważać za swego rodzaju szefa. Odpowiada przede wszystkim za ocenę otaczającej sytuacji, korzystanie z pamięci roboczej, tworzenie impulsów i wydawanie poleceń dotyczących działań, osądów, planowania, przewidywania itp. - czyli różnorodnych funkcji wykonawczych.
Ilustracja z książki „Jak działa ciało”
Jako dyrektor generalny mózgu, kora przedczołowa jest zawsze w bliskim kontakcie z dyrektorem generalnym – korą ruchową, a także z innymi częściami mózgu.
Hipokamp działa jak nawigator, który odbiera informacje z pamięci roboczej, łączy je z istniejącymi danymi, porównuje, tworzy nowe skojarzenia i wysyła je do kory przedczołowej. Naukowcy uważają, że pamięć to zbiór informacji rozproszonych w mózgu.
Hipokamp, niczym swego rodzaju magazyn, odbiera fragmenty informacji z kory, łączy je i odsyła z powrotem w postaci nowej mapy połączeń neuronowych.
Skany mózgu danej osoby pokazują, że gdy uczy się ona nowego słowa, aktywuje się kora przedczołowa jego mózgu (podobnie jak hipokamp i inne sąsiadujące obszary, takie jak kora słuchowa). Gdy sygnały chemiczne z glutaminianu utworzą nowy obwód nerwowy i słowo zostanie zapisane w pamięci, aktywność kory przedczołowej maleje. Nadzorowała początkowe etapy projektu, teraz może przekazywać odpowiedzialność innym członkom zespołu i zajmować się kolejnymi problemami.
Mózgi nastolatków ulegają przeformatowaniu
Z biegiem czasu stale pracujący neuron zostaje pokryty osłonką ze specjalnej substancji zwanej mieliną. Znacząco zwiększa wydajność neuronu jako przewodnika impulsów elektrycznych. Można to porównać do faktu, że izolowane przewody wytrzymują znacznie większe obciążenie niż gołe przewody.
Neurony pokryte mieliną działają bez dodatkowego wysiłku, jaki mają powolne, „otwarte” neurony. Większość pokrycia neuronów mieliną jest zakończona w wieku dwóch lat, kiedy ciało dziecka uczy się poruszać, widzieć i słyszeć.
W wieku siedmiu lat produkcja mieliny spada, a w okresie dojrzewania staje się bardziej aktywna.
Dzieje się tak, ponieważ ssak musi ponownie dostroić swój mózg, aby znaleźć najlepszego partnera. W tym czasie nasi przodkowie często byli zmuszeni przenieść się do nowych plemion lub klanów i poznać nowe zwyczaje i kulturę. Do tego wszystkiego przyczynia się wzrost produkcji mieliny w okresie dojrzewania. Dobór naturalny zaprojektował mózg w taki sposób, że właśnie w tym okresie zmienia mentalny model otaczającego go świata.
Mózg = ruch
Tylko poruszająca się żywa istota potrzebuje mózgu. Dowodzą tego badania małego, przypominającego meduzę zwierzęcia morskiego zwanego żmiją morską. Urodzona z prymitywnym rdzeniem kręgowym i trzystoma neuronami, to workowate stworzenie pływa w płytkich miejscach, aż znajdzie odpowiednie przedłużenie koralowca, do którego się przyczepi. Po urodzeniu ascidian ma na to tylko 12 godzin, w przeciwnym razie umrze. Po przyczepieniu się do koralowca, mrówka powoli zjada jego mózg. Przez większość swojego życia bardziej przypomina roślinę niż zwierzę. Ponieważ ascidian się nie porusza, nie potrzebuje mózgu.
W miarę ewolucji gatunku ludzkiego czysto fizyczne umiejętności jego przedstawicieli zamieniły się w abstrakcyjne zdolności przewidywania, oceniania, tworzenia powiązań między zjawiskami, planowania, obserwacji siebie, wydawania sądów, poprawiania błędów, zmiany taktyki, a następnie zapamiętywania wszystkiego, co zostało zrobione w ciągu cele przetrwania. Dziś używamy obwodów neuronowych, których nasi odlegli przodkowie używali do rozpalania ognia, na przykład do nauki języka francuskiego.
Błyskawica i białe wrony
Chociaż spoczynkowy potencjał elektryczny komórek mózgowych jest mniejszy niż zwykłej baterii AA, ładunek przechodzący przez ich błony ma kolosalne napięcie - około 50 miliwoltów na ogniwo. Pomnóż to przez 100 miliardów komórek – co najmniej cztery razy więcej niż potrzeba do wytworzenia błyskawicy podczas burzy!
Od chwili narodzin mózg generuje takie impulsy elektryczne w całej swojej strukturze. Każdej myśli, odczuciu i działaniu towarzyszą różne ich kombinacje w postaci fal. Lekarz widzi je na elektroencefalogramie (EEG), podobnie jak rytm serca na elektrokardiogramie (EKG). Na wykresie fale generowane przez mózg pojawiają się jako ciągłe linie o zwiększonej lub zmniejszonej częstotliwości, czyli szybko i wolno.
Komunikować się. Przednie części płatów czołowych są również aktywne podczas komunikacji, szczególnie podczas rozmowy, patrząc sobie w oczy.
Podczas rozmów telefonicznych płaty czołowe są prawie nieaktywne. Dlatego tak ważne są osobiste spotkania i komunikacja na żywo.
Rozwijaj umiejętności motoryczne. Doskonale „włącza” mózg, gdy ktoś na przykład gotuje, gra na instrumentach muzycznych, rysuje, pisze, szyje lub wykonuje inne prace ręczne. Ale jeśli po prostu poruszasz palcami, to znaczy wykonujesz ruchy, które nie wymagają wzroku, przednie części płatów czołowych mózgu w ogóle nie działają, więc takie ruchy są nieskuteczne.
Jelita chronią mózg
Na ryzyko rozwoju chorób mózgu duży wpływ mają bakterie jelitowe. Ich równowaga i różnorodność regulują stopień stanu zapalnego w organizmie. Zapalenie jest podstawą chorób zwyrodnieniowych, w tym cukrzycy, raka, chorób układu krążenia i choroby Alzheimera.
Zdrowy poziom różnorodności pożytecznych bakterii ogranicza wytwarzanie zapalnych substancji chemicznych. Bakterie jelitowe wytwarzają również substancje chemiczne ważne dla zdrowia mózgu, w tym BDNF, różne witaminy, takie jak B12, a nawet neuroprzekaźniki, takie jak glutaminian i GABA. Fermentują także niektóre substancje dietetyczne, takie jak polifenole, do mniejszych związków przeciwzapalnych, które są wchłaniane do krwioobiegu i chronią mózg.
KSIĄŻKA NA 10. ROCZNICĘ INSTYTUTU LUDZKIEGO MÓZGU
Miedwiediew Światosław Wsiewołodowicz
Instytut Ludzkiego Mózgu RAS
Problem badania ludzkiego mózgu, problem relacji między mózgiem a psychiką, jest jednym z najbardziej ekscytujących problemów stawianych przez naukę. Celem jest poznanie czegoś o złożoności równej złożoności samego instrumentu poznania. W końcu wszystko, co dotychczas zbadano: atom, galaktyka i mózg zwierzęcia, było prostsze niż ludzki mózg. Z filozoficznego punktu widzenia nie wiadomo, czy rozwiązanie tego problemu jest w zasadzie możliwe. Czy w ogóle mamy fundamentalną możliwość zbadania tego mózgu, aby w pełni zrozumieć, co się w nim dzieje? W końcu głównymi środkami wiedzy nie są instrumenty ani metody; znowu pozostaje to nasz ludzki mózg. Zwykle mózg + urządzenie badające jakieś zjawisko lub obiekt jest bardziej złożony niż ten obiekt, w tym przypadku staramy się działać na równych zasadach - mózg przeciwko sobie.
To właśnie ogrom zadania przyciągnął wielkie umysły. Hipokrates, Arystoteles, Kartezjusz i wielu innych wyraziło swoje poglądy na temat zasad funkcjonowania mózgu. W ubiegłym stuleciu na podstawie porównań klinicznych i anatomicznych odkryto obszary mózgu odpowiedzialne za mowę (Broca i Wernicke). Jednak prawdziwe badania naukowe mózgu rozpoczęły się w pracach naszego genialnego rodaka I.M. Sechenova. Dalej V.M. Bekhterev, I.P. Pavlov. . . W tym miejscu przestanę wymieniać nazwiska, gdyż w XX wieku było wielu wybitnych badaczy mózgu, a niebezpieczeństwo zagubienia kogoś (szczególnie tych żyjących dzisiaj, nie daj Boże) jest zbyt duże. Dokonano wielkich odkryć. Jednak główną trudnością w badaniu ludzkiego mózgu pozostało skrajne ubóstwo podejść metodologicznych: testów psychologicznych, obserwacji klinicznych, a od lat trzydziestych elektroencefalogramów. Zasadniczo jest to albo paradygmat czarnej skrzynki, albo próba nauczenia się, jak działa telewizor na podstawie szumu lamp i transformatorów oraz temperatury obudowy, albo wreszcie zbadano funkcjonalną rolę urządzenia na podstawie tego, co dzieje się z urządzenia, jeśli jest ono uszkodzone. Należy jednak zauważyć, że morfologia mózgu została już dość dobrze zbadana.
Była jeszcze jedna trudność - niedorozwój pomysłów na temat funkcjonowania poszczególnych komórek nerwowych. Nie było zatem pełnej wiedzy o cegłach i nie było niezbędnych narzędzi do badania całości. Do pewnego stopnia można powiedzieć, że koncepcje teoretyczne zostały opracowane znacznie pełniej niż podstawy eksperymentalne. Od tego czasu prace Ecclesa i P.G. Kostyuka poczyniły naprawdę gigantyczne postępy w zrozumieniu mechanizmów funkcjonowania komórki nerwowej. Stało się znacznie jaśniejsze, jak działa neuron. Jednakże kwestia funkcjonowania zbiorowości komórek nerwowych nie została jednak automatycznie rozwiązana.
Tak naprawdę pierwszy przełom w badaniach nad funkcjonowaniem mózgu człowieka (w rozumieniu akademika N.P. Bekhterevy) polegał na badaniach w warunkach bezpośredniego wielopunktowego kontaktu z mózgiem człowieka metodą długotrwałej i krótkotrwałej wszczepione elektrody do diagnostyki i leczenia pacjentów. Z czasem wdrożenie tej metody zbiegło się z początkiem zrozumienia, jak działa pojedynczy neuron, w jaki sposób informacja jest przekazywana z neuronu a do neuronu y i wzdłuż nerwu. Po raz pierwszy w naszym kraju akademik N.P. Bekhtereva i jej pracownicy zaczęli pracować w bezpośrednim kontakcie z ludzkim mózgiem.
Wyniki uzyskane w ramach tego pierwszego przełomu dostarczyły istotnych informacji na temat sposobu, w jaki mózg wspiera wyższe czynności. Uzyskano dane na temat życia poszczególnych obszarów mózgu, relacji między korą a podkorą, zdolności kompensacyjnych mózgu i wiele więcej. Pojawił się jednak problem: mózg składa się z kilkudziesięciu miliardów neuronów, a przy pomocy elektrod można było zaobserwować dziesiątki, i to nie zawsze tych, które były potrzebne do badań, ale tych, obok których znajdowała się elektroda terapeutyczna. usytuowany.
W latach siedemdziesiątych, w związku z radykalnym udoskonaleniem podstaw elementarnych elektroniki, na świecie nastąpiła rewolucja techniczna. Pojawiły się komputery osobiste. Pojawiły się metodologiczne możliwości jeszcze pełniejszego poznania wewnętrznego świata komórki nerwowej i, co dla nas bardzo ważne, pojawiły się nowe metody introskopii. Należą do nich magnetoencefalografia, funkcjonalny rezonans magnetyczny i pozytonowa tomografia emisyjna. Nowe możliwości obliczeniowe praktycznie ożywiły badania nad wspomaganiem przez mózg wyższych funkcji przy użyciu elektroencefalografii i potencjałów wywołanych. Tym samym nowe możliwości technologiczne stworzyły podwaliny pod nowy przełom. Rzeczywistość miała miejsce w połowie lat osiemdziesiątych.
Tym samym zainteresowanie naukowe i możliwość jego zaspokojenia w końcu się zbiegły. Najwyraźniej z tego właśnie powodu Kongres USA ogłosił lata dziewięćdziesiąte dekadą badań ludzkiego mózgu. Inicjatywa ta szybko stała się międzynarodowa. Obecnie na całym świecie nad badaniem ludzkiego mózgu pracują setki najlepszych laboratoriów.
Trzeba powiedzieć, że w tamtym czasie (to nie jest porównanie, ale stwierdzenie) na wyższych szczeblach władzy było wielu mądrych ludzi, którzy wspierali państwo. Profesjonaliści, którzy myślą także o dobru kraju. Dlatego też zrozumieliśmy potrzebę badania ludzkiego mózgu i zaproponowaliśmy, na podstawie zespołu utworzonego i kierowanego przez akademika N.P. Bekhterevę, zorganizowanie Instytutu Ludzkiego Mózgu Rosyjskiej Akademii Nauk jako naukowego i praktycznego centrum badanie ludzkiego mózgu i tworzenie na tej podstawie nowych metod leczenia jego chorób.
Co wyróżnia IMP RAS na tle innych instytutów fizjologiczno-medycznych o podobnym profilu?
Badamy przede wszystkim dokładnie to, co czyni człowieka człowiekiem. Nasz instytut koncentruje się szczególnie na badaniach, których nie można badać na zwierzętach. Tradycyjnie większość badań nad mózgiem prowadzono na zwierzętach, ale dane uzyskane od królików i szczurów nie zawsze pozwalają na odpowiednie zrozumienie działania ludzkiego mózgu. Istnieją zjawiska, które można badać tylko na ludziach. Na przykład jednym z tematów rozwijanych w laboratorium pozytonowej tomografii emisyjnej jest badanie organizacji mózgu w zakresie przetwarzania mowy, jej pisowni i składni. Zgadzam się, że badanie tego na szczurach jest trudne. Badania psychofizjologiczne na ochotnikach prowadzimy metodą tzw. technika nieinwazyjna. Najprościej mówiąc, bez „wchodzenia” do mózgu i bez powodowania szczególnych niedogodności: na przykład badań tomograficznych czy mapowania mózgu technikami elektroencefalograficznymi.
Ale zdarza się, że choroba lub wypadek „przeprowadza eksperyment” na ludzkim mózgu: na przykład upośledzona jest mowa lub pamięć pacjenta. W tej sytuacji możliwe jest zbadanie tych obszarów mózgu, których funkcjonowanie jest zaburzone. Lub wręcz przeciwnie, pacjent stracił lub uszkodził część mózgu, a naukowcy mają niepowtarzalną okazję zbadania, jakich „obowiązków” mózg nie może wykonać przy takim naruszeniu. Metodologia ta pojawiła się w starożytności, rozkwitła w drugiej połowie XIX wieku i jest z powodzeniem stosowana do dziś. Niedopuszczalne jest eksperymentowanie na człowieku, ale choroba jest jak eksperyment przeprowadzony przez samą naturę, a w procesie jej leczenia uzyskuje się bezcenne informacje na temat mechanizmów mózgu.
Głównymi kierunkami działalności instytutu są badania podstawowe nad organizacją ludzkiego mózgu i jego złożonymi funkcjami umysłowymi: mową, emocjami, uwagą, pamięcią, kreatywnością. U zdrowych osób iu pacjentów. Jednocześnie naukowcy muszą poszukiwać metod leczenia pacjentów, u których te ważne funkcje mózgu są zaburzone. Dlatego jednym z głównych kierunków naszej pracy jest optymalizacja diagnostyki i leczenia chorób mózgu. W tym celu instytut posiada klinikę na 160 łóżek. W pracy naszych pracowników nierozerwalnie łączą się dwa zadania – badania i leczenie. Połączenie badań podstawowych i praktycznej pracy z pacjentami było jedną z głównych zasad pracy instytutu, opracowaną przez jego dyrektor naukową Natalię Petrovną Bekhterevą.
To właśnie obecność kliniki w dużej mierze determinuje możliwości badań podstawowych i stosowanych nad HMI. Dlatego na początek kilka słów o niej. Mamy znakomitych, wysoko wykwalifikowanych lekarzy i pielęgniarki. Bez tego się nie da: przecież jesteśmy w czołówce i do wykonywania nierutynowych, nowych rzeczy potrzebne są nam najwyższe kwalifikacje. Wykonujemy niemal wszystkie standardowe manipulacje, a wraz z nimi chirurgiczne leczenie padaczki i parkinsonizmu, przeprowadzane są operacje psychochirurgiczne, w tym chirurgiczne leczenie zespołu obsesyjno-kompulsyjnego wywołanego heroiną, słynny „przeszczep mózgu”, czyli raczej wszczepienie mózgu płodu tkanki, leczenie magnetyzmu, symulacja mózgu, leczenie afazji za pomocą stymulacji elektrycznej i wiele więcej. Posiadamy dziesięcioletnie doświadczenie w badaniach klinicznych z wykorzystaniem pozytonowej tomografii emisyjnej. Liczby przedstawiają niewielki ułamek tego, co można zdiagnozować za pomocą tej metody tomografii. Mamy ciężko chorych pacjentów i staramy się pomóc powyższymi metodami nawet wtedy, gdy inne próby zawiodły. Oczywiście nie zawsze jest to możliwe. Nie można jednak dawać nieograniczonych gwarancji w leczeniu ludzi, a jeśli ktoś je daje, zawsze budzi to bardzo poważne wątpliwości.
|
Konsekwencje ostrego incydentu naczyniowo-mózgowego.
|
|
|
|
|
Prawie każde laboratorium instytutu jest połączone z oddziałami kliniki, co jest kluczem do ciągłego pojawiania się nowych metod i podejść do leczenia.
Nieuniknionym kierunkiem dla naszego Instytutu Ludzkiego Mózgu jest badanie wyższych funkcji mózgu: uwagi, pamięci, myślenia, mowy, emocji, kreatywności. Nad tą problematyką pracuje kilka laboratoriów, w tym to, którym kieruję, laboratorium akademika N.P. Bekhtereva, laboratorium doktora nauk biologicznych, laureata Nagrody Państwowej ZSRR Yu.D. Kropotow. Te podstawowe badania są jednym z głównych kierunków teoretycznych IMP. Funkcje mózgu, które są unikalne dla człowieka lub które są szczególnie wyraźne u ludzi, bada się różnymi metodami: „zwykłym” elektroencefalogramem, ale na nowym poziomie mapowania mózgu, na nowym poziomie są także potencjały wywołane, rejestracja tych procesów wraz z aktywność impulsowa neuronów w bezpośrednim kontakcie z tkanką mózgową w warunkach terapeutycznego i diagnostycznego zastosowania wszczepionych elektrod i wreszcie technika pozytonowej tomografii emisyjnej.
Prace akademika N.P. Bekhterevy w tej dziedzinie były szeroko omawiane w prasie naukowej i popularnonaukowej. Systematyczne badania nad wspomaganiem mózgu zjawisk psychicznych rozpoczęła nawet wówczas, gdy przeważająca większość naukowców uważała to za praktycznie niemożliwe, czyli „oczywiście możliwe”, ale w zasadzie dopiero w odległej przyszłości, przy zastosowaniu innej technologii . Jak dobrze, że przynajmniej w nauce prawda nie zależy od stanowiska większości, która swoją drogą teraz twierdzi, że te badania są potrzebne, priorytetowe itp.!
Chciałbym zwrócić uwagę na kilka ciekawych wyników, nie tych najważniejszych, ale tych, o których chciałbym wspomnieć w artykule. Detektor błędów. Każdy z nas zetknął się z jego twórczością. Wychodzisz z domu i już na ulicy zaczyna Cię dręczyć dziwne uczucie: „Coś jest nie tak”. Wracasz - to wszystko, zapomniałeś zgasić światło w łazience. Oznacza to, że przegapiłeś stereotypowe działanie i mechanizm kontrolny w mózgu natychmiast się włącza. Mechanizm ten został odnaleziony w połowie lat sześćdziesiątych i opisany przez N.P. Bekhterevą i jej współpracowników w literaturze, także zachodniej. Na początku lat dziewięćdziesiątych odkryto wykrywanie błędów nie tylko w głębokich strukturach, ale także w korze mózgowej. Badania neuronalnych mechanizmów wykrywania błędów w procesie aktywności umysłowej potwierdziły statystycznie rzetelnie różnicę w reakcji ograniczonej liczby populacji neuronalnych kory ciemieniowej prawej półkuli (pole 7) i bruzdy Rolanda (pole 1- 4) w postaci fazowego wzrostu częstotliwości wyładowań tylko w próbach z błędnym wykonaniem zadań. W korze ciemieniowej górnej stwierdzono dwie populacje neuronów, w których selektywne reakcje na błędne wykonanie testu obserwowano jedynie podczas wydobywania z pamięci krótkotrwałej. W jednej populacji neuronów, w korze perirolandycznej, reakcje takie stwierdzono jedynie podczas zapamiętywania, a w innej, w okolicy ciemieniowo-skroniowej, reakcje te występowały zarówno podczas zapamiętywania, jak i podczas wydobywania z pamięci krótkotrwałej, gdy test został wykonany nieprawidłowo.
|
|
W badaniach ludzkiego mózgu za pomocą elektrod wewnątrzmózgowych wiarygodnie odkryto populacje neuronów, które selektywnie reagują na błędną klasyfikację prezentowanych obrazów – „wykrywanie błędów”. Na zaprezentowanych histogramach pobodźcowych (wzorach częstotliwości prądu) wyładowań widać istotne różnice w zachowaniu takiej populacji neuronów (granica skorupy i gałki bladej) przy odmiennych reakcjach na bodźce. M1 – poprawna klasyfikacja; M2 – brak klasyfikacji (brak identyfikacji); M3 - błędna klasyfikacja. Oś rzędnych histogramów pokazuje względne odchylenia od średniej częstotliwości wyładowań w tle. Oś x to czas (pojemniki są oznaczone kropkami na dolnej linii, każda kropka to 100 ms). Zielona przerywana linia wskazuje momenty prezentacji obrazu, sygnał początku odpowiedzi i sygnał końca odpowiedzi badanego. Czerwone linie są wskaźnikami statystycznie istotnej różnicy w częstotliwości wyładowań neuronowych w odpowiednich przedziałach: pod histogramami – od częstotliwości w tle; na liniach oznaczonych M12, M13, M23 - pomiędzy odpowiednimi typami reakcji. Długość czerwonej linii odpowiada poziomowi ufności. |
Teraz detektor błędów został „odkryty na nowo” na Zachodzie przez ludzi, którzy znają prace naszych naukowców, ale nie wahają się bezpośrednio, powiedzmy, pożyczyć od „tych Rosjan”. Został nawet nazwany dokładnie tak, jak w pracach N.P. Bekhterevy. W ogóle, nawiasem mówiąc, zniknięcie wielkiej potęgi, delikatnie mówiąc, zmieniło stosunek do nas. Wzrosła liczba przypadków bezpośredniego plagiatu.
Badania nad tzw. mikromapowaniem mózgu. Nasze badania ujawniły mikrokorelaty różnych aktywności. Mikro oznacza tutaj na poziomie poszczególnych grup komórek. Znaleźliśmy nawet takie nieoczekiwane mechanizmy, jak detektor poprawności gramatycznej znaczącej frazy. Na przykład „niebieska wstążka” i „niebieska wstążka”. Znaczenie jest jasne w obu przypadkach. Istnieje jednak jedna mała, ale dumna grupa neuronów, która „powstaje”, gdy gramatyka jest złamana, i sygnalizuje to mózgowi. Dlaczego jest to konieczne? Jest prawdopodobne, że rozumienie mowy często wynika właśnie z analizy gramatyki (pamiętajcie „świecący krzak” akademika Szczerby), a jeśli coś jest nie tak z gramatyką, należy przeprowadzić dodatkową analizę.
|
|
Podczas mikromapowania ludzkiego mózgu za pomocą elektrod wewnątrzmózgowych odkryto korelaty różnych typów aktywności na poziomie poszczególnych grup komórek (mikrokorelaty). Histogramy pobodźcowe (wzory częstotliwości prądu) wyładowań w tym przypadku wykazują istotne różnice w zachowaniu populacji neuronów w polach 1-4 kory lewej półkuli u jednego z pacjentów, porównując reakcję na odpowiedź gramatycznie poprawną i niepoprawną gramatycznie. fraza (różnica 1-2). Oś rzędnych histogramów pokazuje względne odchylenia od średniej częstotliwości wyładowań w tle. Oś x to czas (pojemniki są oznaczone kropkami na dolnej linii, każda kropka to 100 ms). Zielona przerywana linia wskazuje momenty prezentacji obrazu, sygnał początku odpowiedzi i sygnał końca odpowiedzi badanego. Czerwone linie są wskaźnikami statystycznie istotnej różnicy w częstotliwości wyładowań neuronowych w odpowiednich przedziałach: pod histogramami – od częstotliwości w tle; w liniach oznaczonych 1-2, 1-3, 1-4, 2-3, 2-4, 3-4 - pomiędzy odpowiednimi typami reakcji. Długość czerwonej linii odpowiada poziomowi ufności. |
Znaleziono korelaty różnicy między konkretnymi i abstrakcyjnymi słowami i opisami. Oprócz szeroko rozpowszechnionego poglądu na temat lokalizacji ośrodków liczenia i operacji arytmetycznych w korze mózgowej człowieka, wykazano, że określone populacje neuronów w strukturach podkorowych odgrywają ważną rolę w mechanizmach mózgowych wspierających procesy przetwarzania cyfr. Jednocześnie w strukturach podkorowych, a także w korze mózgowej człowieka, istnieją populacje neuronów, które selektywnie zapewniają różne etapy procesów przetwarzania liczb: takie jak postrzeganie cech fizycznych prezentowanych informacji, rzeczywiste liczenie i działania arytmetyczne, nazywanie liczb, przygotowanie przyszłej reakcji motorycznej. Uzyskane dane potwierdzają teorię wspomagania aktywności umysłowej mózgu przez układ korowo-podkorowy ogniwami o różnym stopniu sztywności.
Pokazano różnice w funkcjonowaniu neuronów podczas percepcji słowa w języku ojczystym (kubek), quasi-słowa w języku ojczystym (chokhna) i słowa obcego (waht – czas w języku azerbejdżańskim). Oznacza to, że populacja neuronowa (oczywiście wraz z całym mózgiem) niemal natychmiast analizuje strukturę fonetyczną(?) słowa i klasyfikuje ją na typy: rozumiem, nie rozumiem, ale coś jest znajome i oczywiście nie rozumiem.
Odkryto różne zaangażowanie neuronów w korze i strukturach głębokich w zapewnienie aktywności. W strukturach głębokich obserwuje się głównie wzrost częstotliwości wyładowań, który nie jest zbyt specyficzny w stosunku do strefy. To tak, jakby każdy problem rozwiązywał cały świat. Zupełnie inny obraz w korze mózgowej. Wysoka lokalna specyfika reakcji. Neuron mówi: „No, chłopaki, zamknijcie się, to moja sprawa i sam o tym decyduję”. I rzeczywiście, wszystkie neurony, z wyjątkiem kilku, zmniejszają częstotliwość impulsów, a tylko te wybrane przez mózg do danej czynności ją zwiększają.
|
|
Zastosowanie metod rejestracji komplementarnych wskaźników fizjologicznych o tej samej strukturze testu pozwala zobaczyć lokalizację, strukturę czasową i charakterystykę przestrzennego oddziaływania procesów rozwoju reakcji emocjonalnych w mózgu człowieka. U góry po lewej - potencjały wywołane (EP) w badaniach z prezentacją pozytywnych i negatywnych ocen aktywności różnych struktur płata skroniowego mózgu człowieka, zarejestrowanych za pomocą elektrod wewnątrzmózgowych. Średnie potencjały siedmiu pacjentów. Czerwona linia to średnia punktów za przedstawienie ocen „5”. Niebieska linia to średnia punktów za prezentację ocen „2”. Zacienione obszary to obszary statystycznie istotnych różnic pomiędzy EP w zakresie prezentacji ocen pozytywnych i negatywnych.
|
Jednym z głównych kierunków pracy laboratorium jest badanie mechanizmów wspomagania mózgu przez emocje. Wykorzystując analizę potencjałów wywołanych zarejestrowanych z wszczepionych elektrod oraz skóry głowy, wykorzystując analizę wyników PET, wykazano udział szeregu formacji kory i podkory w zapewnieniu wyzwalania emocji, rozwój emocji pozytywnych i negatywnych . Rysunek przedstawia złożony system połączeń pomiędzy strukturami korowymi, który powstaje podczas dostarczania emocji.
Obecnie pod kierownictwem N.P. Bekhterevej zorganizowano badania nad mózgowym wspomaganiem kreatywności, czyli aktywności, której efektem nie są mechaniczne lub z góry zaprogramowane działania z informacjami przedstawionymi w zadaniu. Wyjaśnijmy na przykładzie zadania podobnego do tego, które faktycznie wykorzystaliśmy w badaniu. Jeśli temat zostanie przedstawiony słowami: „Ja, wieczór, wychodzę, ogród, oddycham, świeże, powietrze” i poproszony o ułożenie z nich opowieści, to jej treść jest oczywista. A co jeśli to samo zadanie, ale słowa: „ja, wieczór, egzystencjalizm, elektron, kaczka, radar, balet, dzik?” Spróbuj powiązać je z historią. W chwili obecnej nie można jeszcze mówić o kompletności tych badań, można jednak stwierdzić, że udało się wykryć korelaty aktywności twórczej zarówno w badaniu EEG, jak i w przepływie mózgowym badanym za pomocą PET. Oznacza to jednak, że możliwe było szpiegowanie organizacji być może najbardziej ludzkiej ze znanych działalności.
|
|
Badanie organizacji mózgu odpowiedzialnej za twórcze myślenie. Porównując procesy fizjologiczne mózgu zarejestrowane podczas procesu układania przez podmioty opowieści ze słów o różnych polach semantycznych (zadanie z wyraźnymi elementami kreatywności) oraz podczas procesu przywracania spójnego tekstu ze zmianami form wyrazowych (takie elementy są nieobecny), ujawniono wiarygodne zlokalizowane różnice. |
|
Średnie dane dla grupy badanych. Połączenia są reprezentowane przez linie łączące miejsca odpowiednich elektrod. Kolor czerwony odpowiada wzrostowi połączeń, niebieski - spadkowi. Grubość linii odzwierciedla poziom istotności statystycznej różnic w połączeniach.
Mapowanie elektrodowe aktywności mózgu wyraźnie pokazuje, że jedna z półkul człowieka wcale nie jest cicha, jak twierdzą niektórzy „naukowi” mistycy, ale jest aktywna wraz z przeciwną. |
|
Ogólnie rzecz biorąc, dzięki technice pozytonowej tomografii emisyjnej (w skrócie PET) możliwe stało się jednoczesne szczegółowe badanie wszystkich obszarów mózgu odpowiedzialnych za złożone „ludzkie” funkcje mózgu. Istota metody polega na tym, że do substancji biorącej udział w przemianach chemicznych wewnątrz komórek mózgowych wprowadza się niewielką ilość izotopu, a następnie obserwujemy, jak zmienia się rozmieszczenie tej substancji w interesującym nas obszarze mózgu nas. Jeśli zwiększy się dopływ radioaktywnie znakowanej glukozy do tego obszaru, oznacza to, że metabolizm wzrósł, co świadczy o wzmożonej pracy komórek nerwowych w tym obszarze mózgu.
Teraz wyobraź sobie, że dana osoba wykonuje jakieś złożone zadanie, które wymaga od niej znajomości zasad ortografii lub logicznego myślenia. Jednocześnie jego komórki nerwowe są najbardziej aktywne w obszarze mózgu „odpowiedzialnym” za te umiejętności. Wzmocnienie pracy komórek nerwowych można zarejestrować za pomocą PET w sposób pośredni, poprzez zwiększenie lokalnego przepływu krwi w aktywowanej strefie. (Ponad sto lat temu wykazano, że wzmożona aktywność komórek nerwowych prowadzi do zwiększenia lokalnego mózgowego przepływu krwi w tym obszarze.)
W ten sposób udało się ustalić, które obszary mózgu są „odpowiedzialne” za składnię, ortografię, znaczenie mowy i rozwiązywanie innych problemów. Przedstawiamy przedmiotom różnie zorganizowane zadania, podczas których konieczne jest „wykorzystanie” określonych właściwości mowy. Na przykład pojedyncze słowa, zdania, połączony tekst. Porównując obrazy PET uzyskane w wyniku tego ćwiczenia, możemy określić, gdzie w mózgu następuje przetwarzanie konkretnego słowa, gdzie znajduje się składnia i gdzie jest znaczenie tekstu. Widoczne są strefy, które aktywują się w momencie prezentacji słów, niezależnie od tego, czy trzeba je było przeczytać, czy nie. Strefy odpowiedzialne za znaczenie tekstu i inne. Co ciekawe, co zostanie omówione poniżej, udało się odkryć strefy, które aktywują się, aby „nic nie robić”.
W badaniach mózgowych mechanizmów percepcji mowy, opartych na wynikach badania PET z wykorzystaniem lokalnego przepływu krwi, stwierdzono, że podczas czytania tekstu główne zmiany zachodzą w okolicy lewego płata skroniowego (38, 22, 43, 41, 42, 40 i 38 pól), 3, 4, 6, 44, 45 i 46 pól oraz po prawej stronie w obszarze 22, 41, 42, 38, 1, 3 i 6 pól . Porównanie z danymi innych badaczy pozwala na powiązanie części tych wyników z procesami zapamiętywania, czytania słów i rozumienia znaczenia a. Możliwe stało się oddzielenie obszarów związanych z postrzeganiem znaczeń i zapamiętywaniem tekstu od obszarów związanych z przetwarzaniem poszczególnych słów. Wyniki te korelują z wynikami uzyskanymi wcześniej na podstawie analizy aktywności neuronalnej. Potwierdzono także wyniki uzyskane z badania aktywności neuronalnej dotyczące zaangażowania obszarów mózgu zlokalizowanych w innych obszarach w wytwarzaniu mowy, wraz ze strefami klasycznymi. Podczas badania mózgowego wsparcia mowy zmapowano obszary kory mózgowej człowieka zaangażowane w różne etapy analizy cech ortograficznych i syntaktycznych. Wykazano, że przyśrodkowa kora ekstrastriatowa bierze udział w przetwarzaniu ortograficznej struktury słów; znaczna część lewej górnej kory skroniowej (obszar Wernickego) najprawdopodobniej bierze udział w dobrowolnej analizie semantycznej, a rzadziej w przetwarzaniu struktury syntaktycznej; dolna kora czołowa lewej półkuli jest ogniwem w systemie werbalnej analizy semantycznej, jej ewentualny udział w przetwarzaniu syntaktycznym ogranicza się do przetwarzania form wyrazowych i słów funkcjonalnych, ale nie kolejności ich występowania w zdaniu; Przednia część górnej kory skroniowej bierze udział w określaniu struktury syntaktycznej frazy na podstawie analizy kolejności słów. Na podstawie analizy mózgowego przepływu krwi udało się wykazać, że gdy osobie zaprezentowany zostanie spójny tekst, nawet bez konieczności jego czytania – zadaniem było policzenie pojawienia się określonej litery – mózg mimo to znacznie , bardziej intensywnie zaangażowane w przetwarzanie cech językowych bodźców, co wyraża się w aktywacji określonych stref, niż gdy stawiane są przed tym samym zadaniem z tych samych słów, ale niezwiązanych ze sobą, wymieszanych w losowej kolejności.
|
Mózgowy system mimowolnego przetwarzania składniowego. Projekcje na boczne powierzchnie półkul mózgowych obszarów aktywacji (s< 0,01), полученных в условиях поиска буквы в связном тексте, предъявляемого бегущей строкой, в сравнении с аналогичной задачей при предъявлении синтаксически |
Aktywacja mózgu podczas przetwarzania tekstu. Obszary lokalnego wzrostu aktywności funkcjonalnej tkanki nerwowej uzyskane w warunkach zadania zrozumienia czytelnego tekstu w porównaniu z zadaniem poszukiwania litery w bezsensownym ciągu liter. Pokazano rzuty znaczących stref (s< 0,0001) активаций на три ортогональных плоскости (вид справа, сзади и сверху, соответственно, в верхнем ряду справа и слева, в нижнем ряду - слева). Внизу справа показаны проекции кортикальных латерал ьных активций в левом полушарии на реконструированную поверхность левого полушария «стандартного» мозга. |
|
Aktywacja mózgu w spoczynku.
|
Bardzo istotny jest problem wspomagania mózgu przez ludzką uwagę. Zarówno moje laboratorium, jak i laboratorium Yu.D. Kropotowa pracują nad tym w naszym instytucie. Badania prowadzone są wspólnie z zespołem naukowców pod przewodnictwem fińskiego profesora R. Naataniena, który odkrył elektrofizjologiczne korelaty tzw. mechanizmu mimowolnej uwagi. Aby zrozumieć, o czym mówimy, wyobraźmy sobie sytuację: myśliwy przekrada się przez las, tropiąc swoją ofiarę. Ale on sam staje się ofiarą drapieżnego zwierzęcia, czego nie zauważa, gdyż jest zdeterminowany jedynie na poszukiwanie jelenia lub zająca. I nagle przypadkowy trzask w krzakach, być może niezbyt zauważalny wśród śpiewu ptaków i szumu strumienia, natychmiast odwraca jego uwagę i daje sygnał: „niebezpieczeństwo jest w pobliżu”. Mechanizm mimowolnej uwagi ukształtował się u człowieka w czasach starożytnych jako mechanizm bezpieczeństwa, ale działa do dziś: na przykład osoba prowadząca samochód, słuchająca radia, słyszy krzyki dzieci bawiących się na ulicy, postrzega wszystko odgłosy otaczającego świata, jego uwaga jest rozproszona i nagle ciche pukanie silnika natychmiast przenosi jego uwagę na samochód - zdaje sobie sprawę, że coś jest nie tak z silnikiem (swoją drogą, jest to zjawisko zasadniczo podobne do detektor błędów). Ten przełącznik uwagi działa na każdą osobę. Odkryliśmy korelaty PET tego mechanizmu, a Yu.D. Kropotow odkrył korelaty elektrofizjologiczne u pacjentów z wszczepionymi elektrodami. Śmieszny. Zakończyliśmy tę pracę przed bardzo ważnym i prestiżowym sympozjum. W pośpiechu. Pojechaliśmy tam i gdzie oboje mieliśmy raporty, ze zdziwieniem i „poczuciem głębokiej satysfakcji” nieoczekiwanie zauważyliśmy, że aktywacja nastąpiła w tych samych strefach. Tak, czasami dwie osoby siedzące obok siebie muszą wyjechać do innego kraju, aby porozmawiać.
Co otrzymaliśmy? PET korelaty nieświadomej uwagi, tzw. zjawisko niedopasowania negatywności – mimowolne przełączenie uwagi na odbiegające od normy bodźce akustyczne. Prowadzono badania nad negatywnością niedopasowania przy prezentacji zarówno prostych bodźców słuchowych (tonów), jak i bardziej złożonych: akordów i fonemów. Dla wszystkich tych typów bodźców znaleziono podobne korelaty negatywności niedopasowania. Pierwszy wzorzec aktywacji zlokalizowany jest w górnych obszarach skroniowych (kora słuchowa) obu półkul i wskazuje na reakcję na nawet niewielkie zmiany tonu, przy czym aktywacja kory skroniowej występuje bardziej wyraźna w przypadku zmieszania bodźców odbiegających od standardowych niż w przypadku prezentowane są jedynie bodźce odbiegające od normy. Bardziej wyraźna aktywacja była obecna w prawej półkuli, zgodnie z wcześniejszymi ustaleniami elektrofizjologicznymi. Drugim wzorcem była aktywacja płata czołowego, która występowała zarówno przy stymulacji wyłącznie bodźcami dewiacyjnymi, jak i w połączeniu z bodźcami standardowymi i dewiacyjnymi. Ogniska aktywacji przedczołowej występowały w płacie czołowym, co również odpowiada wcześniejszym danym elektrofizjologicznym, a także w rejonie środkowego i górnego zakrętu czołowego. Zaobserwowano także aktywację przedniej części kory obręczy oraz obustronną aktywację tylnych obszarów ciemieniowych (aktywację prawostronnej części ciemieniowej opisano za pomocą magnetoencefalografii). Aktywacje płata czołowego najprawdopodobniej leżą u podstaw świadomej wiary osoby badanej w zmianę bodźca, który został już nieświadomie zidentyfikowany przez korę słuchową obu półkul. Tę rolę płata czołowego jako struktury przesuwającej uwagę potwierdzają wyraźne wzorce aktywacji, które są wywoływane przez odbiegające od normy tony, gdy są prezentowane pojedynczo w stosunkowo długich, nieregularnych odstępach czasu, jak wiadomo z poprzednich badań. Aktywacje przedniej części kory obręczy i kory ciemieniowej mogą być zaangażowane w mózgowe mechanizmy przełączania uwagi. Dodatkowo wykazano aktywację kory wyspy Reilly'ego, czego nie było wiadomo z wcześniejszych badań elektro- i magnetoencefalograficznych, ale podobne aktywacje uzyskano także na podstawie wyników bezpośredniej rejestracji potencjałów wywołanych z tych struktur poprzez wszczepione elektrody w programowaniu działania laboratorium Instytutu Chemii Rosyjskiej Akademii Nauk. Rola tej struktury we wspieraniu procesów uwagi jest obecnie nieznana i podlega dalszym badaniom. W ten sposób zidentyfikowano wzorce aktywacji mózgu, które rzucają światło na mechanizmy, dzięki którym odchylone od normy bodźce słuchowe powodują mimowolne przesunięcia uwagi.
Jeśli mechanizmy uwagi zostaną zakłócone, możemy mówić o chorobie. W laboratorium Yu.D. Kropotow bada dzieci z tak zwanym zespołem nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi. To trudne dzieci, często chłopcy, którzy nie potrafią się skoncentrować na lekcjach, często są karcieni w domu i w szkole, ale tak naprawdę trzeba je leczyć, bo zaburzone są pewne mechanizmy funkcjonowania mózgu. Do niedawna zjawisko to nie było uznawane za chorobę, a za najlepszą metodę jego zwalczania uznawano „siłowe” metody. Możemy teraz nie tylko określić obecność tej choroby, ale także zaproponować leczenie tak trudnym dzieciom.
Zespół deficytu uwagi charakteryzuje się trzema komponentami: 1) nieuwagą – niemożnością długotrwałej koncentracji na jednej rzeczy; 2) impulsywność – niemożność opóźnienia reakcji na zmiany w otoczeniu w celu dokładniejszej analizy tych zmian; 3) patologiczna roztargnienie - nadmierna reakcja orientacyjna na jakikolwiek bodziec zewnętrzny niezwiązany z zadaniem. Bardzo często zaburzeniom tym towarzyszy nadpobudliwość, tj. taki stan, w którym ogólna aktywność motoryczna i mowa znacznie przekracza normalną. Występuje u 5-10% dzieci w wieku szkolnym. To zaburzenie zachowania nie pozwala dzieciom chorym na tę chorobę przystosować się do szkoły i rodziny, powoduje negatywne reakcje rodziców, nauczycieli, a nawet rówieśników, wiąże się z słabymi wynikami w nauce i bardzo często prowadzi ostatecznie do alkoholizmu, narkomanii i innych przejawów antyspołecznych. Właśnie z powodu tych konsekwencji lekarze, nauczyciele i naukowcy w USA, Japonii i Europie Zachodniej cieszą się dużym zainteresowaniem wśród lekarzy, nauczycieli i naukowców. W krajach tych znaczne środki z budżetu i kapitału prywatnego przeznaczane są na profilaktykę, diagnostykę i leczenie tej choroby. Od 1995 roku Pracownia Neurobiologii Programowania Działań Instytutu Mózgu Człowieka Rosyjskiej Akademii Nauk uwzględnia w swoim planie pracy naukowej badania elektrofizjologicznych korelatów deficytu uwagi w celu wykorzystania ich do obiektywnej diagnostyki tej choroby.
Chciałbym jednak zmartwić niektórych młodych czytelników. Nie każdy dowcip jest związany z tą chorobą, a potem. . . metody „siłowe” są uzasadnione.
Człowiek żyjący w złożonym i ciągle zmieniającym się świecie dysponuje ogromnym repertuarem programów działania, które jest w stanie realizować w różnych sytuacjach. Działania te obejmują proste i złożone funkcje percepcyjne (takie jak ocena koloru lub kształtu obrazu), różne operacje umysłowe (takie jak obliczenia arytmetyczne lub gra w szachy) oraz czynności motoryczne ukierunkowane na cel (takie jak obracanie głowy w pożądanym kierunku). kierunek i przesuwanie figury szachowej). W każdym momencie człowiek wybiera (wybiera) z całego tego ogromnego zestawu programów działania tylko te, które w danej sytuacji są najbardziej adekwatne. Procesy mózgowe odpowiedzialne za ten wybór są zwykle grupowane pod nazwą procesów kontroli (w szerokim znaczeniu e) lub selektywnej uwagi i kontroli motorycznej (w wąskim znaczeniu e). Badania przeprowadzone w laboratorium Kropotowa wykazały, że ośrodkowe mechanizmy kontrolne dzielą się na procesy zaangażowania w konieczne działanie (inicjacja, wybór aktu zmysłowo-motoryczno-poznawczego) oraz procesy tłumienia działań zbędnych. Te dwa mechanizmy obejmują ścieżki do przodu i do tyłu w obwodach łączących korę, zwoje podstawy, wzgórze i korę w złożonej pętli sprzężenia zwrotnego. Wykazano, że procesy zaangażowania i tłumienia wykrywane są w dodatnich składowych potencjałów wywołanych rejestrowanych z powierzchni skóry głowy, a u dzieci z zespołem nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi amplituda składników zaangażowania i tłumienia jest znacznie zmniejszona. Na podstawie wyników tych badań można przypuszczać, że u dzieci z zespołem nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi mechanizmy angażowania i hamowania działań są upośledzone na skutek niedoczynności zwojów podstawy mózgu.
Dlaczego jest to ważne teraz? Ponieważ pojawiło się obiektywne kryterium diagnozowania tego zespołu i monitorowania jego leczenia. Jak okazało się w toku licznych badań, w niektórych przypadkach to nie dzieci trzeba leczyć (nie mają nic złego w mózgu), ale ich rodzice, którzy stawiają swoim dzieciom zbyt wysokie wymagania. Zastosowanie nowej metody diagnostycznej umożliwiło nie tylko postawienie prawidłowej diagnozy, ale także monitorowanie skuteczności danej metody w leczeniu choroby.
Ponadto laboratorium zaproponowało nową metodę leczenia opartą na zjawisku biofeedbacku, kiedy na monitorze w takiej czy innej formie wyświetlana jest rozbieżność między biopotencjałami, które powinny być normalne, a tymi, które rzeczywiście istnieją, a pacjent stara się „ trenuj” » swój mózg, aby jak najbardziej zbliżyć się do normy. Choć ten opis może brzmieć dziwnie, metoda ta przynosi dobre rezultaty i co najważniejsze, w przeciwieństwie do terapii farmakologicznej, jest całkowicie nieszkodliwa. W laboratorium Yu.D. Kropotova próbują także znaleźć inne skuteczne metody leczenia. Stosowane są metody aktywizacji aktywności metabolicznej mózgu: metoda mikropolaryzacji i elektrycznej stymulacji mózgu poprzez elektrody skórne, a także metody ziołolecznictwa.
|
|
Bezpośrednie i pośrednie szlaki w interakcjach korowo-podkorowo-korowych (po lewej), histogramy przed bodźcem (PSTH) i wzgórzowe potencjały wywołane (ERP) w odpowiedzi na bodźce go-go (GO) i hamowanie przygotowanego działania (NOGO) (po prawej). „Włączenie” drogi bezpośredniej prowadzi do aktywacji neuronów wzgórzowych i dodatniej fali potencjałów wywołanych. |
Przeprowadzone badania psychofizjologiczne z rejestracją potencjałów wywołanych mózgu wykazały obecność kilku podgrup pacjentów, u których zdiagnozowano zaburzenia uwagi, związane z naruszeniem różnych funkcji uwagi u człowieka, a każda z tych podgrup wymaga własnych, odpowiednich metod leczenia. To, co może dać dobre rezultaty u dzieci z dominującym zaburzeniem procesów zaangażowania, nie sprawdza się u dzieci z dominującym zaburzeniem procesów hamowania i odwrotnie. Dlatego ważne jest, aby mieć szereg metod leczenia zespołu deficytu uwagi. Lecząc takie dzieci, przyczyniamy się do zapobiegania narkomanii i alkoholizmowi, ponieważ te dzieci są narażone na ryzyko wystąpienia tych nałogów. Jak pokazują zagraniczne statystyki, prawdopodobieństwo uzależnienia się od narkotyków lub alkoholu w przypadku takich dzieci jest o rząd wielkości wyższe niż w przypadku normalnych dzieci. Dzieci pozbawione „hamulców” łatwo wdają się w przestępcze towarzystwa i zaczynają się pobudzać narkotykami i alkoholem. Przypomnijmy w nawiasie, że na Zachodzie w leczeniu dzieci z zaburzeniami uwagi stosuje się psychostymulanty (takie jak Ritlin), których mechanizm działania jest podobny do działania kokainy. Dlatego w Stanach Zjednoczonych żartuje się o dwóch mafiach narkotykowych: kolumbijskiej i farmaceutycznej. W Rosji w naszym Instytucie staramy się szukać innych, alternatywnych metod leczenia. I nam się to udaje!
Oprócz uwagi mimowolnej istnieje również uwaga selektywna. Tak zwana dbałość o przyjęcie koktajlowe. Wszyscy mówią na raz, a ty podążasz tylko za swoim rozmówcą, tłumiąc nieciekawą paplaninę sąsiada po prawej stronie. Podobną sytuację pokazano na rysunku. Historie opowiadane są obydwoma uszami. Różny. W pierwszym przypadku podążamy za historią prawym uchem, a w trzecim lewym. Możesz zobaczyć, jak zmienia się aktywacja obszarów mózgu. Nawiasem mówiąc, aktywacja historii w prawym uchu jest znacznie mniejsza. Dlaczego? Ale ponieważ większość ludzi bierze telefon w prawą rękę i przykłada go do prawego ucha. Dlatego łatwiej jest śledzić historię prawym uchem.
|
|
lateralizacja wsparcia mózgu dla uwagi selektywnej. Po lewej stronie skup się na lewym uchu, po prawej, oczywiście, po prawej. Można zauważyć, że aktywowane są różne strefy. |
|
|
Porównanie uwagi selektywnej słuchowej i wzrokowej. W zadaniu lewostronnej uwagi selektywnej słuchowej w porównaniu z uwagą wzrokową podczas słuchania dychotycznego i jednoczesnego wizualnego przedstawiania różnych tekstów określana jest także aktywacja kory słuchowej przeciwnej półkuli, co podobnie jak na poprzednim rysunku odzwierciedla selektywne strojenie kory słuchowej, niezależnie od rodzaju i złożoności prezentowanych bodźców. Proces tłumienia przetwarzania nieistotnych, ale znaczących bodźców wzrokowych podczas uwagi słuchowej powoduje wyraźną aktywację kory wzrokowej (potylicznej). |
Wykazano, że uwaga selektywna słuchowa podczas stymulacji obuusznej selektywnie aktywuje obszary kory skroniowej specyficzne dla prezentacji sygnałów słuchowych. Wyniki te są spójne z danymi globalnymi, potwierdzając, że nasilenie tej lateralizacji półkuli zależy również od kierunku uwagi. Nasze dane wskazują, że ten efekt lateralizacji (jednostronności) koncentruje się w pierwotnej korze słuchowej, przy czym selektywna uwaga na dźwięki lateralizowane zwiększa aktywność kory słuchowej głównie w pierwotnych obszarach słuchowych po przeciwnej stronie do kierunku dostarczania bodźca. Oznacza to, że kora słuchowa jest selektywnie dostrajana zgodnie z kierunkiem uwagi, czego zwykle nie można wykryć na podstawie pozaczaszkowego zapisu aktywności elektrycznej lub magnetycznej mózgu. Najprawdopodobniej występująca półkulista lateralizacja aktywacji kory słuchowej, związana z przestrzennie skupioną uwagą słuchową, jest spowodowana przygotowawczym dostrojeniem do uwagi lewej i prawej kory słuchowej zgodnie z kierunkiem uwagi, poprzedzającym prezentację bodźców i zachodzących podczas skupienia uwagi przestrzennej. Wydaje się, że kora przedczołowa bierze udział w kontrolowaniu uwagi, ponieważ... w szeregu badań wykazano zwiększenie miejscowego przepływu krwi w mózgu oraz zwiększenie aktywności elektrycznej. W naszych badaniach wzmożona aktywność przedczołowa, zwłaszcza w jej okolicy grzbietowo-bocznej, jest powiązana z kontrolą regulacji uwagi w prawej i lewej korze słuchowej, a najprawdopodobniej większe nasilenie aktywacji w okolicy czołowej podczas słuchowania w porównaniu z selektywną uwagą wzrokową spowodowane większym wysiłkiem poznawczym w celu dokonania dyskryminacji słuchowej, gdy uwaga musiała być skierowana na jeden z dwóch konkurujących ze sobą strumieni bodźców, podczas gdy wykonanie zadania uwagi wzrokowej nie wymagało intramodalnej uwagi selektywnej. Wykazano zatem, że kora słuchowa jest selektywnie dostosowywana zgodnie z kierunkiem uwagi. To dostrojenie jest kontrolowane przez przedczołowy mechanizm wykonawczy, o czym świadczy zwiększona aktywność przedczołowa podczas selektywnej uwagi słuchowej.
Co się stanie, jeśli na monitorze pojawi się również trzeci tekst i będziesz musiał podążać za dźwiękiem lub tekstem na monitorze. Wspomnieliśmy, że strefy są aktywowane, aby uniknąć zrobienia czegoś. Pamiętaj słynne „nie myśl o białej małpie”. Okazało się, że jeśli prezentowane są jednocześnie trzy historie: jedna do jednego ucha, jedna do drugiego i jedna na monitorze, i poproszone o podążanie za jedną (selektywna uwaga), to pojawiające się aktywacje nie są już tak łatwe do wyjaśnienia. Wydawać by się mogło, że w przypadku zwracania uwagi na historię przedstawioną wizualnie należy bardziej aktywować część potyliczną (wzrokową) kory, a w przypadku opowieści prezentowanej uchu – korę skroniową (słuchową). NIE! Podczas uwagi słuchowej aktywowane są obszary klina i przedklinka, czyli asocjacyjna kora wzrokowa. Dlaczego? Nadal nie możemy odpowiedzieć na to pytanie z całą pewnością, ale wydaje się bardzo prawdopodobne, że istotne i adekwatne, wizualnie przedstawione informacje są nadal analizowane przez mózg, przechodząc przez różne struktury, porównywane z zawartością pamięci i z werdyktem wracają do obszaru klinowego : „Tak, to ma znaczenie.” Cenna i znacząca informacja, i to oznacza to i to. Ale zadanie jest inne, ta informacja jest nie tylko niepotrzebna, wręcz przeciwnie, jest szkodliwa, przeszkadza. A zaobserwowana aktywacja odzwierciedla pracę w trybie „nienormalnym”, kiedy „nie można myśleć o białej małpie”.
Kolejne badanie PET, które ma dostęp do kliniki. Istnieje coś takiego jak niepokój. Ogólnie rzecz biorąc, z nazwy można zrozumieć, co to jest. Każda osoba charakteryzuje się w pewnym momencie pewnym jej poziomem, określanym za pomocą specjalnego i dość prostego kwestionariusza. Respondentów można z grubsza podzielić na trzy grupy: wysoki, średni i niski poziom. Jakie struktury mózgu determinują ten poziom? Okazało się, że nie jest to jedna konstrukcja, ale cały zestaw. To ich skoordynowany stan determinuje poziom lęku. W tym przypadku logiczne byłoby założenie, że im wyższy lęk, tym większa (lub mniejsza) aktywacja struktury. Okazało się, że wszystko jest bardziej skomplikowane i interesujące. Rzeczywiście, w jednym obszarze poziom aktywacji jest liniowo skorelowany z poziomem lęku. Ale w zakręcie przyhipokampowym po lewej stronie aktywacja jest minimalna przy średnim poziomie lęku, a gdy wzrasta lub maleje, wzrasta. Istnieje zatem system dużej liczby struktur, w których każde ogniwo odgrywa swoją szczególną rolę.
Osobno chciałbym powiedzieć o metodzie stymulacji elektrycznej w celu przywrócenia wzroku i słuchu. Jest to pozornie niemożliwe przy niemal całkowitym zaniku nerwu wzrokowego lub słuchowego – po serii stymulacji człowiek zaczyna widzieć lub słyszeć. Teoretyczne uzasadnienie tego zjawiska jest wciąż dalekie od pełnego zrozumienia, jednakże wykazano, że w przypadku wystąpienia elektrycznej stymulacji oka zachodzą złożone zmiany w aktywności elektrycznej całego mózgu, czyli aktywują się złożone procesy kompensacyjne, i uwalniane są różne substancje biologicznie czynne, które ostro stymulują odbudowę uszkodzonych nerwów.
|
Dynamika pól widzenia w trakcie leczenia. Rozszerzanie pól widzenia po przebiegu impulsowych modulujących efektów elektrycznych na wejściach doprowadzających układu wzrokowego. |
|
|
|
Mapowanie widma mocy elektroencefalogramu przed (A) i po (B) leczeniu. Pojawienie się regularnego rytmu alfa w tylnych częściach mózgu u pacjenta z pozytywną dynamiką kliniczną funkcji wzrokowych. |
Tutaj chcę porozmawiać o metodzie leczenia, która ma fantastyczną nazwę: przeszczep mózgu. Operację tę wykonano po raz pierwszy w naszym kraju w ICH. Jego istota, schematycznie, polega na tym, że część mózgu ludzkiego embrionu zostaje przeszczepiona do mózgu i zaczyna wytwarzać substancje, których niedobór prowadzi do choroby, na przykład choroby Parkinsona. Ta obca część mózgu może się zakorzenić, ponieważ w mózgu nie ma reakcji odrzucenia. Okazało się jednak, że nie tylko taki celowany przeszczep mózgu, podczas którego z określonych struktur mózgu zarodka (uzyskanych w drodze legalnej aborcji) zostaną pobrane obce komórki (uzyskane w drodze legalnej aborcji) i wprowadzone do określonych struktur mózgu biorcy, ma działanie terapeutyczne. Jeśli „po prostu” weźmiesz i zasadzisz tkankę nerwową zarodka w ścianie brzucha, oczywiście nie zapuści ona korzeni, ale zawarte w nim substancje czynne mają niezwykle stymulujący wpływ na organizm ludzki i takie leczenie pomaga z epilepsją, śpiączką itp.
Zadanie to wynika z faktu, że mózg człowieka znajduje się w jego ciele. Nie da się zrozumieć jego działania bez uwzględnienia bogactwa interakcji układów mózgowych z różnymi układami całego organizmu. Czasami jest to oczywiste: uwolnienie adrenaliny do krwi zmusza mózg do przejścia na nowy tryb działania. Zdrowy umysł w zdrowym ciele opiera się na interakcji między ciałem a mózgiem. Nie wszystko jest tu jednak jasne. Z pewnością warto zbadać tę interakcję.
Dziś możemy powiedzieć, że wiele wiadomo na temat działania jednej komórki nerwowej, wiele białych plam na mapie mózgu jest nasyconych znaczeniami, zidentyfikowano obszary odpowiedzialne za wiele funkcji psychicznych. Ale pomiędzy komórką a obszarem mózgu istnieje inny, bardzo ważny poziom - zbiór komórek nerwowych, zespół neuronów. Tutaj wciąż jest dużo niepewności. Za pomocą PET możemy prześledzić, które obszary mózgu są „włączane” podczas wykonywania określonych zadań, ale co dzieje się w tych obszarach, jakie sygnały wysyłają sobie komórki nerwowe, w jakiej kolejności, w jaki sposób na siebie oddziałują, możemy dowiedzieć się na razie o tym porozmawiamy, niewiele wiemy. Chociaż jest pewien postęp w tym kierunku. Tutaj mikromapowanie umożliwiło rozszyfrowanie, jakie procesy fizjologiczne zachodzą w dolnych tylnych częściach płata czołowego, zgodnie z danymi PET, związanymi z zapewnieniem semantyki.
Wcześniej uważano, że mózg dzieli się na wyraźnie odgraniczone obszary, z których każdy jest „odpowiedzialny” za swoją funkcję - jest to strefa zgięcia małego palca i jest to strefa miłości do rodziców. Wnioski te opierały się na prostych obserwacjach: jeśli dany obszar ulega uszkodzeniu, wówczas upośledzona zostaje także związana z nim funkcja. Z biegiem czasu stało się jasne, że wszystko jest bardziej skomplikowane: neurony w różnych strefach oddziałują ze sobą w bardzo złożony sposób i niemożliwe jest jednoznaczne „powiązanie” funkcji z obszarem mózgu w dowolnym miejscu w celu zapewnienia wyższe funkcje. Można tylko powiedzieć, że obszar ten jest związany z mową, pamięcią i emocjami. Ale powiedzieć, że ten zespół neuronowy mózgu (nie kawałek, ale sieć, rozproszona) i tylko on jest odpowiedzialny za postrzeganie liter i to i tamto się w nim dzieje (zdecydowanie na poziomie komórkowym), i to jedno – słowa i zdania, to zadanie na przyszłość.
Dostarczanie przez mózg wyższych rodzajów aktywności przypomina błysk fajerwerków: najpierw widzimy dużo świateł, a potem zaczynają one gasnąć i zapalać się ponownie, mrugając do siebie, niektóre kawałki pozostają ciemne, inne błyskają. W ten sam sposób sygnał pobudzenia jest wysyłany do określonego obszaru mózgu, ale aktywność znajdujących się w nim komórek nerwowych podlega swojemu specjalnemu rytmowi, własnej hierarchii. Ze względu na te cechy zniszczenie niektórych komórek nerwowych może być nieodwracalną stratą dla mózgu, podczas gdy inne mogą równie dobrze zostać zastąpione przez sąsiednie, „nauczone” neurony. Każdy neuron należy rozpatrywać w obrębie całego skupiska komórek nerwowych. Teraz głównym zadaniem jest rozszyfrowanie kodu nerwowego, czyli zrozumienie, w jaki sposób zapewnione są dokładnie wyższe funkcje. Najprawdopodobniej można tego dokonać poprzez badanie efektów współpracy w mózgu i interakcji jego elementów. Badanie, w jaki sposób poszczególne neurony łączą się w strukturę, a struktura w system i cały mózg. To jest główne zadanie na następne stulecie.
Laboratorium Stanów Funkcjonalnych, kierowane przez profesora V.A. Iljuchinę, laureata Nagrody Państwowej ZSRR, prowadzi prace rozwojowe w dziedzinie neurofizjologii stanów funkcjonalnych mózgu. Co to jest? Każdy wie, że ten sam wpływ, to samo zdanie jest czasami odbierane przez człowieka w diametralnie przeciwny sposób, w zależności od tego, co nazywamy aktualnym stanem funkcjonalnym mózgu i ciała. Przypomina to sytuację, w której ta sama nuta grana na organach ma różną barwę w zależności od rejestru. Nasz mózg i ciało to złożony system wielorejestrowy, w którym rolę rejestru pełni państwo. W praktyce można powiedzieć, że cały zakres relacji człowieka z otoczeniem w dużej mierze zdeterminowany jest jego stanem funkcjonalnym. Dotyczy to także możliwości wystąpienia „awarii” przez człowieka przy panelu sterowania skomplikowanej maszyny oraz charakterystyki reakcji pacjenta na przyjmowany lek.
Zadaniem laboratorium jest badanie stanów funkcjonalnych, jakimi parametrami je determinują, w jaki sposób te parametry i same stany zależą od stanu układów regulacyjnych organizmu, jak wpływy zewnętrzne i wewnętrzne zmieniają stany, czasami wywołując chorobę, oraz w jaki sposób, z kolei stany mózgu i organizmu wpływają na przebieg choroby i działanie leków. Wykazano, że podobnie jak reakcja całego organizmu, reakcje poszczególnych struktur są modulowane i zależą od ich stanu, czyli – w terminologii autora – od poziomu względnie stabilnego funkcjonowania (LSF). Na podstawie tych badań sformułowano idee dotyczące hierarchicznej zasady organizacji układów mózgowych oraz roli procesów infraslowu w kontrolowaniu stanu struktur mózgowych. Stwierdzono, że przestrzenne rozmieszczenie SVF na dużych obszarach mózgu i utrzymanie względnej stabilności stanu mózgu wynika z wzajemnego równoważenia poziomów w miarę stabilnego funkcjonowania stref struktur mózgowych. Zjawisko to działa w taki sposób, aby zachować aktualny stan obiektu i szeregu obiektów ze sobą funkcjonalnie powiązanych bez istotnych zmian, z możliwością lokalnych zmian w poszczególnych strefach. Pod względem ilościowym UOSF jest określony przez znak, wielkość i czas stabilności wartości jednego z rodzajów ultrapowolnych procesów fizjologicznych - stabilnego potencjału a w zakresie miliwoltów (potencjał omega a). W warunkach wieloletnich, wielodniowych i wielomiesięcznych badań stwierdzono, że UOSF określa charakterystykę amplitudowo-czasową spontanicznej wielokomórkowej aktywności impulsowej neuronów (moc przepływu impulsu), rodzaj ESCoG lub ECoG, amplitudę- Charakterystyka czasowa infrawolnych oscylacji potencjału neuronu w zakresie od 0,05 do 0,5 oscylacji na sekundę (fale zeta, tau, epsilon), rejestrowanych jednocześnie w tych samych obszarach struktur mózgu. Spontaniczne lub indukowane zmiany stanu i aktywności fizjologicznej stref formacji mózgowych znalazły odzwierciedlenie w zmienności różnych typów neurodynamiki, co umożliwiło obserwację złożonych przestrzenno-czasowych przemian procesów neurofizjologicznych zachodzących równolegle z różnymi prędkościami, ich podporządkowania i względną niezależność, czyli faktyczną obserwację dynamicznej pracy tego złożonego układu hierarchicznego.
Podczas wykonywania awaryjnych stereotypowych typów aktywności (aktywacja uwagi, gotowość do działania, mobilizacja pamięci krótkotrwałej) wspierające je układy mózgowe powstają z potencjalnie aktywnych fizjologicznie ogniw, tj. gotowi zademonstrować tę działalność w określonych warunkach. Jednocześnie, w zależności od struktury aktywności, aktywność fizjologiczna jednostek układu rozwija się w określonej sekwencji czasowej, z możliwym pojawieniem się reakcji najpierw w dynamice aktywności impulsowej neuronów i wczesnych fazach potencjałów wywołanych ( EPki). Ponadto opóźnione w czasie (okres utajony - dziesiątki i setki ms), zmiany późnych składowych EP, słabe natężenie (amplituda kilkudziesięciu μV) ultrapowolnych procesów fizjologicznych drugiego zakresu (CNV, typowe zmiany fazowe mogą wystąpić fale zeta). Stwierdzono, że ogniwa systemu świadczenia stereotypowych działań ratunkowych zachowują aktywność fizjologiczną do czasu zmiany swojego obecnego stanu na skutek oddziaływania egzogennego lub endogennego (USF). Należy podkreślić, że zmiana stref UOSF struktur mózgu w tych warunkach pociąga za sobą zanik aktywności fizjologicznej niektórych jednostek i odwrotnie, przejaw aktywności fizjologicznej innych.
Wzajemność zmian w różnych strefach i redystrybucja ich aktywacji wydaje się być jedną z podstawowych właściwości mózgu, decydującą o jego stabilności oraz bogactwie możliwości i funkcji ochronnych. Było to szczególnie widoczne w badaniach nad mózgowym wspomaganiem emocji przeprowadzonych pod przewodnictwem N.P. Bekhterevy w latach osiemdziesiątych. Stwierdzono, że u osoby zrównoważonej emocjonalnie, w trakcie rozwoju jakiejkolwiek emocji, pewnym przesunięciom w ultrapowolnych procesach fizjologicznych, determinowanych wielkością i znakiem potencjału omega a w niektórych strukturach, zwykle towarzyszą zmiany tego wskaźnika o przeciwnym zaloguj się w innych strukturach. Mechanizm ten zapobiega nadmiernemu rozwojowi jakichkolwiek emocji, utrzymuje osobę w równowadze emocjonalnej i równowadze. Kiedy zostanie naruszony, rozwijają się poważne zaburzenia emocjonalne właśnie dlatego, że nie działa mechanizm pozwalający powstrzymać nadmierny rozwój określonej emocji. W badaniach aktywności impulsowej (Miedwiediew, Król) wykazano, że nawet przy wykonywaniu wyjątkowo monotonnych czynności, chcąc w pełni ustabilizować funkcjonowanie mózgu, zachodzą endogenne, samoistne przegrupowania w funkcjonowaniu jego struktur. Innymi słowy, nawet podczas wykonywania monotonnej, stereotypowej aktywności umysłowej, system ją wspierający podlega ciągłej reorganizacji. Można zatem powiedzieć, że w celu wykonania zadania tworzy się tymczasowy kolektyw pracy, który cały czas się zmienia, a wszyscy jego członkowie, po pierwsze, są szkoleni do wykonywania różnych zadań, a po drugie, regularnie mają możliwość podejmowania przerwa.
Biorąc pod uwagę cechy stanu mózgu i ciała, można prawidłowo wybrać alternatywne ścieżki leczenia. Interesująca jest definicja zdolności adaptacyjnych danej osoby: można przewidzieć, jak stabilna będzie dana jednostka pod wpływem jakiegokolwiek wpływu lub stresu. Okazało się, że niektórzy, nawet młodzi ludzie, wyczerpali już swoje możliwości adaptacyjne i nawet umiarkowany stres może wywołać u nich reakcję patologiczną. Można zidentyfikować takie osoby i zapewnić im w odpowiednim czasie leczenie korygujące.
Bieżącym zadaniem jest laboratorium neuroimmunologii (profesor, doktor nauk medycznych I.D. Stolyarov). Obecnie wiadomo, że wiele chorób układu nerwowego ma związek z nieprawidłowym funkcjonowaniem układu odpornościowego. Zaburzenia immunoregulacji często prowadzą do poważnych chorób mózgu. Układ nerwowy i odpornościowy pełnią swoje funkcje ochronne w ścisłej interakcji. Łączą je wspólne zasady organizacji, wspólne cząsteczki pośrednie i funkcje regulacyjne, które są istotne dla organizmu jako całości. Odkryte wzorce reakcji neuroimmunologicznej na obcy bodziec umożliwiły wykorzystanie uzyskanych danych do diagnostyki i leczenia szeregu chorób mózgu. Lekarze już wcześniej zauważyli, że z jednej strony zniszczeniu lub niedorozwojowi struktur mózgowych towarzyszy niedobór odporności, z drugiej strony pierwotne i wtórne niedobory odporności prowadzą do zaburzeń funkcjonalnych lub chorób mózgu. W rozwoju wielu przewlekłych chorób układu nerwowego znacznie większe niż oczekiwano znaczenie mają zakaźne mechanizmy wirusowe i dalsze mechanizmy immunopatologiczne.
Stwardnienie rozsiane to ciężka, przewlekła choroba mózgu i rdzenia kręgowego, która dotyka stosunkowo młodych ludzi w wieku od 20 do 40 lat. Niejednoznaczność wielu zagadnień związanych z występowaniem i mechanizmami rozwoju choroby, trudności diagnostyczne we wczesnych stadiach rozwoju, różnorodność wariantów klinicznych przebiegu z szybką niepełnosprawnością oraz brak skutecznych metod leczenia spowodowały, że badania stwardnienia rozsianego do zakresu najbardziej palących problemów współczesnej medycyny. Laboratorium Neuroimmunologii Instytutu Ludzkiego Mózgu Rosyjskiej Akademii Nauk opracowało nowe podejście, które pozwala, jednocześnie z zastosowaniem specyficznych metod immunologicznych do oceny uszkodzeń komórek ośrodkowego układu nerwowego, wykorzystania rezonansu magnetycznego i pozytonów tomografia emisyjna w celu uwidocznienia procesu patologicznego. Zasadniczą nowością jest to, że podejście to pozwala na jednoczesną ocenę zarówno ogólnoustrojowych chorób autoimmunologicznych w stwardnieniu rozsianym, jak i lokalnych zmian czynnościowych i morfologicznych w ośrodkowym układzie nerwowym. Kompleksowe badanie neuroimmunologiczne, instrumentalne i kliniczne pacjentów ze stwardnieniem rozsianym pozwoliło ustalić istotną rolę uszkodzeń kory i struktur podkorowych w mechanizmach rozwoju tej choroby.
Jeśli wcześniej diagnoza „stwardnienia rozsianego” brzmiała jak wyrok śmierci, teraz zastosowanie nowoczesnych, genetycznie modyfikowanych leków immunokorekcyjnych może znacząco poprawić jakość życia pacjenta i utrzymać zdolność do pracy przez długi czas. Aby zwiększyć skuteczność stosowania tych leków, w laboratorium neuroimmunologii opracowano kryteria immunologiczne umożliwiające ocenę skuteczności leków immunokorekcyjnych i genetycznie modyfikowanych u pacjentów ze stwardnieniem rozsianym.
Mechanizmy immunologiczne odgrywają rolę nie tylko w stwardnieniu rozsianym. Zniszczenie części tkanki mózgowej podczas udarów powoduje również zmiany immunologiczne. Ponadto powikłania infekcyjne spowodowane wtórnymi niedoborami odporności są jednymi z najcięższych i często kończą się śmiercią pacjenta z powodu tych powikłań udaru. Badania przeprowadzone przez pracowników laboratorium neuroimmunologii wykazały, że strona uszkodzenia mózgu podczas niedokrwienia mózgu w eksperymentach i klinikach może określić osobliwość zmian reaktywności immunologicznej. Natomiast w ramach kompleksowego rozwoju nowych metod leczenia i rehabilitacji pacjentów po udarze mózgu po raz pierwszy udowodniono, że elektrostymulacja struktur kory mózgowej w podostrych udarach niedokrwiennych mózgu, stosowana przez obecnych pracowników IMC od 1972 roku, towarzyszy poprzez normalizację parametrów immunologicznych. Terminowa terapia immunokorekcyjna może znacznie zmniejszyć nasilenie powikłań lub całkowicie ich uniknąć. Niedawno kierownik tego laboratorium dołączył do zarządu Europejskiego Komitetu Badań i Leczenia Stwardnienia Rozsianego.
Druga połowa XIX i większość XX wieku przyświecała mottowi zwycięstwa nad naturą. I rzeczywiście, człowiek świętował jedno za drugim zwycięstwo nad naturą. Podbił rzeki i pokonał choroby. Okazało się jednak, że nie było to ujarzmienie natury, ale taktyczny odwrót w celu przegrupowania jej sił. Teraz możemy podać wiele przykładów, że tak powiem, udanych kontrataków natury. Obejmuje to AIDS, wirusowe zapalenie wątroby typu C i wiele innych. Natura zareagowała w szczególności tym, że obecnie problemy stworzone przez samego człowieka, tzw. sztuczne, stały się szczególnie dotkliwe. Żyjemy w silnych polach magnetycznych (tramwaje, metro, linie energetyczne itp.), w świetle lamp gazowych – mruganie 50 Hz, godzinami wpatrując się w wyświetlacz komputera – w tym samym hercu, rozmawiając przez telefon komórkowy i tak dalej. . . Wszystko to nie jest obojętne dla człowieka, a zwiększone zmęczenie nie jest najgorsze. Badania te przeprowadza laboratorium pod kierunkiem doktora nauk medycznych. E.B.Lyskova.
Nie możemy już żyć bez telefonu, telewizora, prądu elektrycznego i innych zdobyczy cywilizacji. Dlatego potrzebne są badania nad tym, jak pokojowo z nimi współistnieć. Na przykład powszechnie wiadomo, że migające światła mogą nawet spowodować napad padaczkowy. Jednak zdumiewające jest, jak najprostsze środki mogą radykalnie zmniejszyć zagrożenie. Przeciwdziałanie - zamknij jedno oko, a uogólnienie nie nastąpi. Aby radykalnie zmniejszyć „szkodliwy wpływ” radiotelefonu – nawiasem mówiąc, nie zostało to jeszcze ostatecznie udowodnione – wystarczy zmienić konstrukcję tak, aby antena była skierowana w dół, a mózg nie zostanie napromieniowany. Laboratorium wykazało na przykład, że narażenie na zmienne pole magnetyczne ma negatywny wpływ na uczenie się. Jednak nie dowolne pole, ale takie o określonej częstotliwości i amplitudzie. Dlatego właśnie tych parametrów należy unikać. Monitor o częstotliwości odświeżania 50-60 Hz jest szkodliwy, zwłaszcza jeśli siedzisz blisko niego. Jeśli jednak częstotliwość zostanie ustawiona na co najmniej 80 Hz, szkodliwy efekt gwałtownie się zmniejszy. Nauczyliśmy się teraz identyfikować osoby zagrożone – takie, które są nadwrażliwe na wpływy człowieka. Wyjaśnia to pozornie bezprzyczynowe zaburzenia nerwowe. Prace te realizowane są w ramach bardzo ścisłej współpracy międzynarodowej.
Badania mózgu są znacznie utrudnione przez trudność bezpośredniego dostępu do nich.
Podczas konwencjonalnej operacji jamy brzusznej skóra jest nacinana i niemal natychmiast chirurg uzyskuje dostęp do żądanego narządu. Pod koniec operacji skórę zszywa się i po dwóch do trzech tygodniach pozostaje jedynie blizna. Mózg przykrywa czaszka i żeby się do niego dostać chirurg musi dokonać trepanacji czaszki, czyli zniszczyć jakąś jej część, czasem nie małą. Ale to nie jest najgorsze. Jeśli zmiana zlokalizowana jest głęboko w mózgu, należy do niej dotrzeć poprzez rozsunięcie (a czasem zniszczenie „po drodze”) innych obszarów mózgu. To drastycznie zwiększa zachorowalność na operację, a czasami ją uniemożliwia, ponieważ to uboczne uszkodzenie może powodować gorsze konsekwencje niż sama choroba.
Sprzeczność tę można rozwiązać stosując technikę stereotaktyczną. Stereotaksja to zaawansowana technologia medyczna, która zapewnia możliwość niskotraumatycznego, delikatnego, ukierunkowanego dostępu do głębokich struktur mózgu i dawkowanego na nie wpływu. Stereotaksja jest pod wieloma względami neurochirurgią przyszłości, jest w stanie zastąpić wiele „otwartych” interwencji neurochirurgicznych szerokimi trepanacjami osteoplastycznymi o niskim traumatycznym, oszczędzającym działaniu.
Współczesna neurochirurgia wykorzystuje sprawdzone techniki precyzyjnej lokalizacji zmian w mózgu, a dziś dokonuje się tego przede wszystkim za pomocą rezonansu magnetycznego, którego rozdzielczość pokrywa potrzeby określenia miejsca interwencji chirurgicznej. W typowych warunkach współczesnej kliniki http://hospital.ukr/neurosurgery wykonywany jest niemal cały zakres opieki neurochirurgicznej, w tym najnowocześniejsze metody lokalizacji miejsca urazu.
Istota stereotaksji: aby bardzo dokładnie wiedzieć, gdzie w mózgu znajduje się struktura (cel), na którą należy oddziaływać - skoagulować, zamrozić, ewakuować, pobudzić i przez mały otwór w czaszce - około centymetra - wprowadzić cienką instrument o średnicy około dwóch milimetrów, który często nie przebija, a raczej rozpycha tkankę mózgową przy minimalnym traumatycznym działaniu. Na końcu tego instrumentu znajduje się efektor, który wytwarza niezbędny efekt. W tym przypadku nadal niezwykle ważne jest dokładne trafienie narzędziem w docelową konstrukcję.
W krajach rozwiniętych, przede wszystkim w USA, stereotaksja kliniczna zajęła należne jej miejsce w neurochirurgii. Obecnie w Stanach Zjednoczonych jest około 300 neurochirurgów stereotaktycznych, którzy są członkami Amerykańskiego Towarzystwa Stereotaktycznego. Podstawą stereotaksji jest matematyka i precyzyjne instrumenty, które zapewniają ukierunkowane zanurzenie subtelnych instrumentów w mózgu. Ważną rolę w stereotaksji odgrywają nowoczesne metody i urządzenia introskopii, które pozwalają „zajrzeć” do mózgu żywej osoby. Jak wspomniano powyżej, są to pozytonowa tomografia emisyjna, rezonans magnetyczny, tomografia komputerowa rentgenowska. „Stereotaksja jest miarą dojrzałości metodologicznej neurochirurgii” – opinia nieżyjącego już neurochirurga L.V. Abrakova. I wreszcie, w leczeniu stereotaktycznym bardzo ważne jest poznanie roli poszczególnych jąder, „punktów” w mózgu człowieka, zrozumienie ich wzajemnego oddziaływania, tj. wiedza o tym, gdzie i co dokładnie należy zrobić w mózgu, aby wyleczyć konkretną chorobę.
Pracownia Metod Stereotaktycznych Instytutu Mózgu Ludzkiego Rosyjskiej Akademii Nauk pod kierunkiem dr. med. Laureat Nagrody Państwowej ZSRR A.D. Aniczkow jest wiodącym ośrodkiem stereotaktycznym w Rosji. Tutaj narodził się najnowocześniejszy kierunek stereotaksji - stereotaksja komputerowa z oprogramowaniem i matematyką zaimplementowaną na komputerze (przed tymi zmianami obliczenia stereotaktyczne wykonywali neurochirurdzy podczas operacji lub pacjent w stanie urazowym musiał zostać poddany introskopii (MRI lub CT) ) bezpośrednio przed operacją. ). Opracowano tu także dziesiątki urządzeń stereotaktycznych, z których część przeszła badania kliniczne i została wykorzystana do rozwiązania najbardziej złożonych problemów kierowania stereotaktycznego. Razem z kolegami z Centralnego Instytutu Badawczego Elektropribor stworzono skomputeryzowany system stereotaktyczny, który po raz pierwszy w Rosji jest produkowany masowo, co pod wieloma kluczowymi wskaźnikami przewyższa podobne modele zagraniczne. „W końcu nieśmiałe promienie cywilizacji oświetliły nasze ciemne jaskinie” – autor nieznany.
W naszym Instytucie stereotaksja stosowana jest w leczeniu pacjentów cierpiących na zaburzenia ruchu (choroba Parkinsona, pląsawica Huntingtona, inne hemihiperkinezy itp.), epilepsję, nieugięty ból (w szczególności zespół bólu fantomowego) oraz niektóre zaburzenia psychiczne. Ponadto stereotaksja może być i jest stosowana w precyzyjnej diagnostyce i leczeniu niektórych nowotworów mózgu, leczeniu krwiaków, ropni i torbieli mózgu. Należy podkreślić, że interwencje stereotaktyczne (podobnie jak wszystkie inne interwencje neurochirurgiczne) oferowane są pacjentowi tylko wtedy, gdy wyczerpały się wszelkie możliwości niechirurgicznego (farmaceutycznego) leczenia, a sama choroba stwarza dla pacjenta zagrożenie (lub pozbawia go możliwości leczenia). jego zdolności do pracy, desocjalizuje go). Oczywiście wszystkie operacje wykonywane są w klinice ICH wyłącznie za zgodą pacjenta i jego bliskich, po konsultacji ze specjalistami o różnych profilach.
Można mówić o dwóch rodzajach stereotaksji. Pierwszy, niefunkcjonalny, stosuje się, gdy głęboko w mózgu dochodzi do organicznych uszkodzeń. Na przykład nowotwór. Próbując go usunąć za pomocą konwencjonalnej technologii, będziesz musiał przejść przez zdrowe struktury, które spełniają ważne funkcje, a pacjent może doznać krzywdy, czasem nawet nie do pogodzenia z życiem. Guz ten jest jednak wyraźnie widoczny przy użyciu nowoczesnych narzędzi intrawizyjnych: rezonansu magnetycznego i pozytonowego tomografu emisyjnego. Można wyliczyć jego współrzędne i zniszczyć go lub np. (inna metoda opracowana w IMC) wprowadzić źródła radioaktywne za pomocą niskourazowej cienkiej sondy, która spowoduje wypalenie guza i jednocześnie jego rozpad. Uszkodzenia przy przejściu przez tkankę mózgową są minimalne, jedynie guz zostanie zniszczony, czasami o bardzo złożonym kształcie, bardzo agresywny i radykalnie zniszczony. Szereg takich operacji przeprowadziliśmy już kilka lat temu, a wciąż żyją pacjenci, dla których tradycyjne metody leczenia nie miały już nadziei.
Istota tej metody polega na tym, że eliminujemy wyraźnie widoczną „wadę”. Problem w tym, jak się do tego dostać, jaką drogę wybrać, żeby nie dotknąć ważnych obszarów, jaką wybrać odpowiednią metodę eliminacji „wady”: wszczepienie źródeł, termokoagulację czy kriodestrukcję, ale istota jest ta sama: eliminujemy co wyraźnie widzimy.
Zupełnie inaczej sytuacja wygląda w przypadku stereotaksji „funkcjonalnej”, którą stosuje się w leczeniu szeregu opisanych powyżej schorzeń. Przyczyną choroby jest często nieprawidłowe działanie jednej małej grupy komórek lub kilku grup położonych blisko siebie lub daleko od siebie. Albo nie uwalniają niezbędnych substancji, albo uwalniają ich za dużo. Mogą być patologicznie pobudzone i prowokować zdrowe komórki do „złej” aktywności. Te złe komórki należy znaleźć i albo zniszczyć, wyizolować, albo (co jest bardzo interesujące) „reedukować” za pomocą stymulacji elektrycznej. Ważne jest, aby dotkniętego obszaru nie było tutaj widać. Musimy to obliczyć, tak jak Le Verrier obliczył orbitę Neptuna.
W tym miejscu fundamentalna wiedza na temat zasad działania mózgu, interakcji jego części i funkcjonalnej roli każdej części mózgu jest niezwykle ważna. Ważne jest, aby wykorzystać wyniki nowego kierunku opracowanego przez członka naszego zespołu, nieżyjącego już profesora V.M. Smirnowa - neurologii stereotaktycznej. To jest akrobacja. Jednak właśnie na tej drodze kryje się możliwość leczenia wielu poważnych chorób, w tym także psychicznych.
Wyniki, w tym nasze badania, wykazały, że prawie każda złożona aktywność, a zwłaszcza aktywność umysłowa, jest zapewniona w mózgu przez złożony system rozproszony w przestrzeni i zasadniczo zmienny w czasie, składający się z ogniw o różnym stopniu sztywności . Wiadomo, że ingerencja w działanie systemu jest znacznie trudniejsza. Jednak teraz w wielu przypadkach, które zostaną omówione poniżej, możemy to zrobić.
Istnieją komórki nerwowe, które są gotowe do pracy od urodzenia. Są to na przykład neurony w pierwotnej korze wzrokowej. Inni wychowują się w trakcie ontogenezy i czegoś się uczą. Jak to się stało? Po pierwsze, w zapewnienie nowej aktywności zaangażowana jest duża grupa komórek. Następnie, w wyniku „stereotypowania”, terytoria są minimalizowane, a liczba neuronów je dostarczających radykalnie zmniejszana. Pozostałe komórki zdają się zapominać, co wiedziały, jak robić. Ale, jak mogliśmy pokazać, nie na zawsze. Nawet po tej specjalizacji są w zasadzie w stanie podjąć się innych zadań, nie „zapomnieli” zupełnie, jak pracować inaczej. Można zatem próbować zmusić je do przejęcia pracy utraconych komórek nerwowych i ich zastąpienia.
Neurony w mózgu działają jak załoga statku: jeden jest dobry w prowadzeniu statku na kursie, drugi w strzelaniu, a trzeci w przygotowywaniu jedzenia. Ale strzelca można nauczyć gotować barszcz, a kucharza można wyszkolić w celowaniu z broni. Musisz im tylko wyjaśnić, jak to się robi. W zasadzie jest to naturalny mechanizm: jeśli u dziecka dojdzie do uszkodzenia mózgu, jego komórki nerwowe spontanicznie „uczą się na nowo”. U dorosłych należy zastosować specjalne metody „przekwalifikowania” komórek.
Na tym opiera się metoda leczenia: za pomocą punktowej stymulacji elektrycznej lub rozproszonej stymulacji magnetycznej niektóre komórki nerwowe są szkolone do wykonywania pracy innych, których nie da się już przywrócić. Najprawdopodobniej stymulacja elektryczna tutaj ostro i niespecyficznie aktywuje obszar mózgu, zwiększając jednocześnie poziom jego plastyczności. W tym kierunku uzyskano już dobre wyniki: na przykład niektórych pacjentów z urazowymi zmianami w obszarach Broki i Wernickego, odpowiedzialnych za powstawanie mowy, udało się ponownie nauczyć mówić i rozumieć mowę.
To była reedukacja neuronów. Jednak wiele chorób mózgu, w szczególności prowadzących do poważnych zaburzeń psychicznych, takich jak zespół obsesyjno-kompulsyjny (stany obsesyjne), choroba Gillesa de la Tourette'a, patologiczna agresywność, powstają w wyniku nadpobudliwości niektórych struktur mózgu. W tym przypadku zadaniem chirurgii stereotaktycznej jest wyeliminowanie tego skupienia wzbudzenia. Jest to w zasadzie „własne” zadanie stereotaksji funkcjonalnej. W przeciwieństwie do metody stymulacji elektrycznej, stosuje się ją, gdy występuje zjawisko „plus” (patologiczne pobudzenie, nadprodukcja substancji i związana z nią hiperkineza, pobudzenie emocjonalne itp.) i wymaga zniszczenia i nie jest stosowana, gdy jest Zjawiska „minusowe”, gdy na przykład występuje plegia z powodu hipoaktywności dowolnej części mózgu.
Spójrzmy na przykład, który stał się obecnie gorącym tematem: chirurgiczne leczenie zaburzeń obsesyjno-kompulsywnych związanych z narkotykami. Jedną ze strasznych właściwości narkotyku jest uzależnienie od niego, tak uzależniające, że osoba uzależniona staje się od niego uzależniona i nie może bez niego żyć. Wyróżnia się dwa rodzaje uzależnień: fizyczne i psychiczne. Pierwszy rodzaj uzależnienia wynika z włączenia heroiny w mechanizm zużycia energii przez komórkę mózgową. Komórka przyzwyczaja się do jedzenia lżejszej (ale nieefektywnej) wersji i nie chce wracać do starej, skutecznej. Dlatego po odstawieniu leku następuje „odstawienie” – abstynencja, która jest niezwykle bolesna i może zakończyć się nawet śmiercią narkomana. Jednak współczesna medycyna nauczyła się radzić sobie z tym stosunkowo łatwo i bezboleśnie, istnieją różne, bardzo skuteczne sposoby na eliminowanie uzależnienia fizycznego, które z powodzeniem stosowane są w wielu klinikach. Zatem narkoman jest „wyprany”. Jego organizm nie potrzebuje już leków. Pamięta jednak cudowne uczucie, jakiego doznał podczas ich używania i każdym włóknem swojej duszy marzy o tym, aby przeżyć to jeszcze raz. To nie kaprys, to poważna choroba psychiczna: zespół obsesyjno-kompulsywny - i nie da się oprzeć tej atrakcji. Rozsądne argumenty na niego nie działają. Niestety skuteczność leczenia uzależnienia psychicznego od narkotyków jest nadal niezwykle niska i waha się w granicach 3–8 proc. Biorąc pod uwagę, że średnia długość życia osoby uzależnionej od heroiny wynosi cztery lata, można powiedzieć, że pacjent jest skazany na zagładę. W tym sensie heroinę można porównać do nowotworu złośliwego i z reguły można mówić nie o wyleczeniu, ale o okresie przeżycia, opóźnieniu strasznego końca.
W naszej klinice metodą chirurgiczną leczymy zespół obsesyjno-kompulsyjny po zażyciu heroiny. Teoretyczne wyjaśnienie zarówno samego zespołu, jak i mechanizmu działania proponowanej metody leczenia nie może być jeszcze uznane za całkowicie kompletne, dlatego poniżej przedstawimy jedną z koncepcji, którą uważamy za najbardziej prawdopodobną. Naturalnie w tym artykule, przeznaczonym dla zwykłego czytelnika, zostanie to przedstawione w uproszczonej formie, za co przepraszam specjalistów.
Patologiczny głód narkotykowy wynika z utrwalenia w pamięci emocjonalnej uczuć doznawanych po jego zażyciu. To emocjonalne podniecenie jest tak silne, że przyćmiewa prawie wszystko. Całe życie narkomana podporządkowane jest idei ponownego osiągnięcia tego samego stanu. Jak wszystkie zjawiska psychologiczne, odpowiada to pewnym procesom neurofizjologicznym. Najważniejszym układem dostarczającym emocji jest układ limbiczny. Schematycznie można to przedstawić jako błędne koło składające się z różnych struktur mózgowych, a zjawiska emocjonalne odpowiadają określonemu impulsowi (aktywacji lub dezaktywacji) neuronów w tych strukturach. Zgodnie z koncepcją, której wyznajemy, stan obsesyjny objawia się pojawieniem się w tym kręgu patologicznego nadmiernego pobudzenia, które krążąc w kręgu, poprzez mechanizm pozytywnego sprzężenia zwrotnego, osiąga poziom nasycenia, tłumi wszelkie inne emocje i staje się niekontrolowane . (Patrz wyżej o równoważeniu emocji.) Mechanizm ten jest taki sam dla każdego stanu obsesyjnego.Jest to to samo pobudzenie, które określa główną istotę pamięci krótkotrwałej. Tylko zwykle takie pobudzenia wygasają podczas snu, ale stan obsesyjny jest na tyle silnie pobudzony i wspierany przez jakieś bodźce zewnętrzne, że tak nie jest. Jest nadal aktywny nawet po śnie, dlatego objawia się jako obsesyjny i ciągły. Naturalnie pojawia się pomysł, aby przerwać to błędne koło. Dlatego już w latach sześćdziesiątych zaproponowano struktury układu limbicznego jako struktury docelowe do operacji w przypadku zespołu obsesyjno-kompulsyjnego. W szczególności cel, który stosujemy w leczeniu osób uzależnionych od narkotyków, zaproponowano w 1962 roku. Jednakże ówczesny niewystarczający poziom metodologiczny nie pozwolił na szerokie zastosowanie tej operacji. Sytuacja uległa radykalnej zmianie wraz z wprowadzeniem nowoczesnej stereotaksji, rozwijanej między innymi w naszym instytucie. Okazało się, że dzięki mało traumatycznemu podejściu z użyciem kriosondy o średnicy zewnętrznej 2,6 mm możliwe jest zamrożenie małego odcinka zakrętu obręczy pomiędzy jego przednią i środkową częścią i przecięcie w ten sposób błędnego koła. Sama operacja jest niezwykle mało traumatyczna, przypomina zastrzyk w mózg. Wybrana metoda ekspozycji – zamrażanie – różni się korzystnie od termokoagulacji i innych wpływów niszczących tkanki tym, że pozostawia nienaruszone ściany tętnic i tętniczek, minimalizując w ten sposób ryzyko krwawienia. Z reguły pacjent już na stole operacyjnym mówi, że narkotyki go już nie pociągają. Dlaczego? Tak, bo pomimo tego, że pamięta o narkotykach, to ta patologiczna hiperimpulsywność już nie istnieje i ta pamięć nie jest zabarwiona emocjonalnie. Tak. Pamięta, że sam sobie wstrzyknął, ale nie pamięta, dlaczego było tak wspaniale. To emocjonalne podniecenie, które niszczy wszystko na swojej drodze, znika, a pozostaje tylko pamięć. Co ciekawe, specjalnie przeprowadzone badania wykazały, że profil osobowości nie zmienia się, może z wyjątkiem naturalnego rozszerzenia sfery emocjonalnej. Oczywiście myślał tylko o narkotyku, ale teraz zauważył, że są też piękne dziewczyny.
Jest to możliwy mechanizm stereotaktycznego leczenia stanów obsesyjnych o różnym charakterze. Należą do nich zespół bólu fantomowego, podczas którego leczenia odkryliśmy zanik apetytu na narkotyki (pacjenci byli zmuszani do zażywania leków w celu łagodzenia bólu) i inne.
Oczywiście operacja pozostaje operacją. Jest to zawsze potencjalnie niebezpieczne, dlatego sięgamy po nią dopiero wtedy, gdy wyczerpią się wszystkie inne metody leczenia zachowawczego. Zatem mechanizmy efektu terapeutycznego operacji psychochirurgicznych mających na celu wyłączenie struktur układu limbicznego można wytłumaczyć częściowym przerwaniem patologicznych impulsów krążących wzdłuż dróg nerwowych. Impuls ten, będący konsekwencją nadpobudliwości (nadmiernej aktywności) różnych (dla różnych chorób) obszarów mózgu, jest mechanizmem wspólnym dla wielu chorób przewlekłych układu nerwowego, takich jak epilepsja, zaburzenia obsesyjno-kompulsyjne. Ścieżki te należy znaleźć i wyłączyć tak delikatnie, jak to możliwe. Stereotaktyczne interwencje psychochirurgiczne (przeprowadzono ich wieleset, większość w USA) są nowoczesną metodą leczenia pacjentów cierpiących na niektóre zaburzenia psychiczne (przede wszystkim OCD – zaburzenia obsesyjno-kompulsyjne, czyli stany obsesyjne), u których nie metody chirurgiczne okazały się nieskuteczne w leczeniu.
Na poziomie komórkowym cała praca mózgu związana jest z przemianami chemicznymi różnych substancji, dlatego ważne są dla nas wyniki uzyskane w laboratorium neurobiologii molekularnej, kierowanym przez profesora S.A. Dambinovą. Laboratorium bada neurochemiczne podstawy integralności funkcjonalnej mózgu i ciała, stosując nowoczesne podejścia molekularne. Inaczej mówiąc, laboratorium bada procesy molekularne, które wiążą się z przekształcaniem prostych sygnałów chemicznych w złożone sygnały integracyjne, zapewniające funkcjonowanie całego organizmu. Przyjrzyjmy się, jak to się dzieje.
Przykładowo, równolegle z fizjologicznymi badaniami aktywności mózgu w zaburzeniach ruchowych, badano metabolizm neuroprzekaźników (substancji przekazujących informację z neuronu a do neuronu y): glutaminianu, GABA, dopaminy i serotoniny. Stwierdzono, że ich dynamika kliniczna u pacjentów z parkinsonizmem stabilizuje się pod wpływem pozytywnego efektu terapeutycznej stymulacji elektrycznej (TES). Jednakże kompensacja niedoborów dopaminy i serotoniny za pomocą terapii farmakologicznej nie przyniosła oczekiwanego efektu u pacjentów z parkinsonizmem. Dopiero po odkryciu pierwszych niskocząsteczkowych frakcji peptydowych, które pojawiły się bezpośrednio po LES i towarzyszyły poprawie stanu klinicznego pacjentów – zmniejszeniu drżenia, sztywności i pojawieniu się pozytywnych reakcji emocjonalnych, stała się ich zasadnicza rola w neurochemii ruchu jasne.
W wyniku dalszych badań tych frakcji peptydowych wyizolowano i scharakteryzowano peptydy z grupy tachykinin lub peptydy z grupy substancji P. Wprowadzenie tych peptydów do płynu mózgowo-rdzeniowego pacjenta metodą autohemolitycznej transfuzji płynu mózgowo-rdzeniowego opracowaną przez nas wspólnie z neurochirurgami powtórzyło działanie terapeutyczne LES i jednoczesną stymulację pozytywnych emocji u pacjentów z parkinsonizmem.
Okazało się, że peptydy te regulują szlaki antycholinergiczne i dopaminergiczne oraz mają właściwości hamujące nadczynność prolaktyny. Długofalowe działanie LES wiąże się przede wszystkim z normalizacją i kompensacją deficytów molekularnych w układzie neuroprzekaźnik-neuropeptyd-neurohormony w organizacji reakcji motorycznych i ściśle z nimi związanych reakcji emocjonalnych. Szczególnie interesujące jest to, że podobne prawidłowości odkryto później u pacjentów uzależnionych od heroiny, u których wykazano istotne zmiany w zawartości dopaminy i serotoniny w płynach biologicznych. Dlatego też tworzenie nowych środków farmakologicznych w oparciu o odkryte neuropeptydy jest bardzo obiecującym kierunkiem w leczeniu parkinsonizmu, narkomanii i stanów depresyjnych.
Aby zrozumieć specyficzne mechanizmy leżące u podstaw motorycznych i emocjonalnych funkcji mózgu, konieczne było zbadanie kolejnego międzykomórkowego poziomu neuroreceptorów w hierarchii przekazywania sygnału.
Neuroreceptory to makrocząsteczki znajdujące się na błonie neuronu, których mozaika określa specyfikę jego funkcji, funkcje strefy lub struktury mózgu. Struktura polireceptorowa mózgu odzwierciedla wielofunkcyjność systemów wspierających różnorodne czynności tych samych komórek i stref tkanki nerwowej.
|
|
|
|
Lokalizacja receptorów opioidowych mu i delta w strukturach mózgu. |
Podanie opiatów prowadzi do aktywacji neuronów dopaminergicznych i uwolnienia dopaminy w brzusznej okolicy nakrywkowej i jądrze półleżącym. W tym działaniu opiatów pośredniczy hamowanie aktywności neuronów GABAergicznych. |
Dlatego w laboratorium szczególną uwagę zwraca się na badanie struktury i funkcji neuroreceptorów dla glutaminianu, opiatów i ich metabolitów, które biorą udział w rozwoju niedokrwienia mózgu i reakcji drgawkowych oraz powstaniu psychicznego i fizycznego uzależnienia od leków psychotropowych. Zakłada się, że to właśnie te pobudzające receptory mózgowe biorą udział przede wszystkim w interakcji i reorganizacji systemów zapewniających złożone funkcje ludzkiego mózgu związane z ruchem i zachowaniami emocjonalnymi.
To, jak neuroreceptory działają w komórce, jak oddziałują na siebie w obrębie układu i połączeń międzyukładowych, jakie są ich właściwości w zdrowiu i chorobie, jest przedmiotem dogłębnych badań neurochemicznych.
Na podstawie wieloletnich badań laboratoryjnych udało się ustalić, że receptory glutaminianowe i opioidowe zmieniają swoje funkcje w tkance mózgowej pod wpływem nadmiernego pobudzenia i są w stanie zmieniać stan całego organizmu pod wpływem agonistów i antagonistów farmakologicznych. Badanie właściwości molekularnych tych receptorów ujawniło ich podobieństwo w dynamice reorganizacji różnych funkcji w układzie „mózg-ciało” związanej z zaburzonym metabolizmem metabolitów receptorów (glutaminian, asparaginian, opiaty) w płynach biologicznych. Podajmy następujące przykłady udziału receptorów opioidowych w mechanizmach organizacji przeżyć emocjonalnych, wykorzystując eksperymentalny model samopodawania heroiny u szczurów. Zidentyfikowano następujące wzorce:
Ustalono, że w nagradzającym działaniu leków (heroiny i morfiny) pośredniczą receptory opioidowe zlokalizowane w układzie mezolimbicznym, regulujące wzrost zawartości dopaminy w przestrzeni międzykomórkowej.
- wykazano, że przewlekła aktywacja receptorów opioidowych przez heroinę prowadzi do pobudzenia dodatkowych receptorów, które wymagają nowych porcji leku do pełnienia swoich funkcji i biorą udział w powstawaniu nieodpartego głodu heroiny.
- wykazano, że w początkowej fazie następuje wzrost ekspresji genów receptorów opioidowych i znaczna stymulacja aktywności mózgu - aktywacja reakcji behawioralnych, pobudzenie przeżyć emocjonalnych (brak strachu, bólu, euforii).
Z drugiej strony długotrwałe i systematyczne spożywanie heroiny zakłóca stabilność układu mózg-ciało i stopniowo prowadzi do zniszczenia nadmiaru, a następnie niezbędnych ilości neuroreceptorów, co odzwierciedla przebudowę systemu organizacji funkcji mózgu i stopień procesów destrukcyjnych komórek nerwowych w jego strukturach. Organizm reaguje na te zaburzenia wytwarzając „autoprzeciwciała” wobec określonych fragmentów receptorów opioidowych, jako „świadkowie” „obcych” antygenów tkanki nerwowej. Okazało się, że pojawienie się i ilość autoprzeciwciał przeciwko poszczególnym fragmentom receptorów opioidowych koreluje z nasileniem objawów narkomanii. Dlatego też analizując krew pod kątem zawartości autoprzeciwciał przeciwko neuroreceptorom w mózgu, możliwe stało się określenie stanu funkcjonalnego mózgu i ciała zwierząt i ludzi oraz stworzono zestaw diagnostyczny „Drug Test”, który pozwala w obiektywny sposób oceniać stopień narkomanii i monitorować skuteczność leczenia osób uzależnionych od narkotyków.
Podobne wzorce zidentyfikowano badając molekularne mechanizmy rozwoju padaczki i zmian niedokrwiennych mózgu, co umożliwiło opracowanie oryginalnych i obiektywnych wskaźników oceny funkcji mózgu (test PA i test CIS) do wczesnej diagnostyki laboratoryjnej aktywności napadowej i niedokrwienia mózgu w ludziach. Te laboratoryjne metody diagnostyki są już stosowane w niektórych placówkach naukowych i medycznych w kraju i za granicą.
Tym samym badania podstawowe z zakresu neurochemii już przynoszą praktyczne rezultaty dla medycyny. W tym przypadku neurochemia pełni rolę podstawowego „języka” molekularnego, który umożliwia rozszyfrowanie złożonych procesów integracyjnych zachodzących w mózgu i ciele w stanach patologicznych u człowieka.
Należy zaznaczyć, że Laboratorium Neurobiologii Molekularnej jest jednym z wiodących ośrodków neurochemicznych w Rosji i posiada własne grupy badawcze we Włoszech i USA. W ciągu ostatniego roku ja, jak zapewne wielu innych, byłem pytany o największe osiągnięcia minionego stulecia i perspektywy na nadchodzące stulecie. Można spierać się o konkretne osiągnięcia, ale ogólnie można powiedzieć, że wiek XX był wiekiem technologii i fizyki. Jednak ostatnie lata wyraźnie pokazały, że kolejne stulecie będzie stuleciem biologii i można się spodziewać, że zrozumienie mechanizmów działania mózgu, a przede wszystkim kodu aktywności nerwowej zajmie miejsca priorytetowe. To, co pokrótce powiedziałem o instytucie i jego laboratoriach, zostało znacznie szerzej przedstawione w artykułach, których lista znajduje się w załączeniu.
1W artykule przeglądowym przedstawiono osiągnięcia naukowe wielu znanych naukowców w badaniu ludzkiego mózgu. Ciało ludzkie jest skoordynowaną pracą mózgu z innymi narządami i układami. Badania funkcji ludzkiego mózgu prowadzili tak znani naukowcy jak I.M. Sieczenow, I.P. Pawłow, N.P. Bechterewa i wielu innych. Zbadali i zademonstrowali podstawowe koncepcje dotyczące funkcji mózgu. Pomimo wielu badań ludzki mózg pozostaje najbardziej tajemniczym i mało poznanym organem nauki. Niełatwo mu wyjawić swoje tajemnice. Istota szara mózgu definiuje wyjątkowy, różnorodny świat wewnętrzny ze wspomnieniami, fantazjami, emocjami i pragnieniami. Wraz z rozwojem nowoczesnych metod badawczych z zakresu neurofizjologii i możliwością wykorzystania najnowocześniejszej aparatury naukowcom udało się odkryć część tajemnic mózgu.
neurofizjologia
medycyna
sygnał wzbudzenia
1. Bekhterev V.M. Psychika i życie // Klub Książki Knigovek. – 2015. – s. 220–221.
2. Bekhtereva N.P. Magia mózgu i labirynty życia. – M., 2013. – s. 156–168.
3. Kobozev N.I. Badania z zakresu termodynamiki procesów informacyjnych i myślowych. – M., 1971. – s. 58–59.
4. Sechenov I.M. Odruchy mózgu. – M.: AST, 2014. – s. 70–80.
5. Miedwiediew S.V. Sekrety ludzkiego mózgu // Biuletyn Rosyjskiej Akademii Nauk - 2005. - nr 6.
6. Strauk B. Sekrety mózgu dorosłego. Niesamowite talenty i zdolności człowieka, który osiągnął środek życia. – M.: Prasa Kariery, 2011.
7. Stewart-Hamilton Y., Rudkevich L.A. Psychologia starzenia się // Peter, 2010. – s. 155–169.
Wraz z rozwojem nowych metod neurofizjologii ukryte możliwości ludzkiego mózgu stają się przedmiotem badań naukowych. V.M. Bechterew, N.P. Bekhtereva, N.I. Kobozev i wielu innych udowodnili w swoich badaniach, że fizjologiczny mózg nie jest w stanie w pełni realizować świadomych, a zwłaszcza nieświadomych funkcji ze względu na małą prędkość przekazywania impulsów elektrycznych w synapsach międzyneuronalnych. Wiadomo, że w synapsach impulsy są opóźnione o 0,2-0,5 milisekundy, podczas gdy ludzka myśl pojawia się znacznie szybciej.
Na tym etapie rozwoju neurofizjologii mamy dobre pojęcie o tym, jak działa jedna komórka nerwowa. Na podstawie danych z badań naukowych akademika P.K. Anokhina pojawienie się tymczasowego połączenia podczas tworzenia odruchów warunkowych polega na sensoryczno-biologicznej zbieżności impulsów w każdej komórce kory. Metoda PET pozwala prześledzić, które obszary funkcjonują podczas wykonywania określonych funkcji psychicznych, jednak wciąż nie wiadomo dokładnie, co dzieje się w tych obszarach, w jakiej kolejności i jakie sygnały przesyłają sobie komórki nerwowe oraz w jaki sposób na siebie oddziałują. . Mapa mózgu identyfikuje obszary odpowiedzialne za określone funkcje psychiczne. Ale między komórką a obszarem mózgu znajduje się inny, bardzo ważny poziom - zbiór komórek nerwowych, tak zwany zespół neuronów, którego funkcje cieszą się dużym zainteresowaniem naukowym.
W swojej pracy „Odruchy mózgu” I.M. Sechenov jako pierwszy stwierdził, że podstawą procesów umysłowych jest odruchowa zasada działania. Dostarczył twierdzących dowodów na odruchowy charakter aktywności umysłowej, to znaczy wszystkie doświadczenia, myśli, uczucia powstają w wyniku wpływu jakiegoś bodźca fizjologicznego na organizm. IP Pawłow stworzył swoją teorię odruchów warunkowych, zgodnie z którą poziome korowe tymczasowe połączenie w tworzeniu odruchów warunkowych opiera się na właściwościach ośrodków nerwowych - napromieniowaniu, dominującym wzbudzeniu ośrodków bodźców bezwarunkowych i chodniku. Wiele badań przeprowadził V.M. Bekhterev, który badał strukturę mózgu, powiązał z nim jego funkcje. Zaproponował metodę pozwalającą na dokładne badanie dróg włókien nerwowych i komórek, wzdłuż której stworzono „atlas mózgu”. Prawdziwy przełom w badaniach mózgu następuje wtedy, gdy możliwy jest bezpośredni kontakt z komórką mózgową. Metoda polega na bezpośrednim wszczepieniu elektrod do mózgu w celach diagnostycznych i terapeutycznych. Elektrody wszczepiane są w różne części mózgu, po pobudzeniu zwiększa się jego aktywność, co pozwala na szczegółowe badanie procesów w nim zachodzących.
Zakładano, że mózg dzieli się na wyraźnie odgraniczone obszary, z których każdy jest „odpowiedzialny” za swoją specyficzną funkcję. Na przykład jest to obszar odpowiedzialny za zginanie małego palca i jest to obszar odpowiedzialny za miłość. Wnioski te opierały się na prostych obserwacjach: jeśli dany obszar został uszkodzony, to jego funkcja została odpowiednio upośledzona.
Teraz staje się jasne, że nie wszystko jest takie proste: neurony w różnych strefach oddziałują ze sobą w bardzo złożony sposób i niemożliwe jest jednoznaczne „powiązanie” funkcji z dowolnym obszarem mózgu w celu zapewnienia wyższych funkcji, co oznacza, że jest, można tylko powiedzieć, że obszar ten jest związany z pamięcią, mową, emocjami. Nadal trudno wyjaśnić, że ten zespół neuronowy nie jest kawałkiem mózgu, ale szeroko rozpowszechnioną siecią i tylko on odpowiada za percepcję liter, a inny zespół odpowiada za percepcję słów i zdań. Złożona praca mózgu w celu zapewnienia wyższych typów aktywności umysłowej przypomina błysk fajerwerków: najpierw widzimy wiele świateł, a potem zaczynają one gasnąć i zapalać się ponownie, mrugając do siebie, niektóre fragmenty pozostają ciemne, inne migają. W ten sam sposób sygnał pobudzenia jest wysyłany do określonego obszaru mózgu, ale aktywność znajdujących się w nim komórek nerwowych podlega swojemu specjalnemu rytmowi, własnej hierarchii. Dzięki tym cechom zniszczenie niektórych komórek nerwowych może być nieodwracalną stratą dla mózgu, podczas gdy inne mogą z powodzeniem zastąpić sąsiednie „nauczone” neurony, to znaczy manifestuje się właściwość ośrodków nerwowych - plastyczność. Szereg neuronów jest gotowych do wykonywania swojej pracy od urodzenia, są też neurony, które można „wychować” w trakcie rozwoju, dzięki czemu można próbować zmusić je do przejęcia pracy utraconych komórek.
Neurony podkorowych głębokich struktur mózgu wspólnie rozwiązują problem całego świata. Natomiast neurony kory, które samodzielnie rozwiązują ten problem, faktycznie zwiększają swoją aktywność, a częstotliwość impulsów neuronów struktur głębokich maleje. Wyższe funkcje mózgu są zapewnione poprzez rozszyfrowanie kodu nerwowego, czyli zrozumienie, w jaki sposób poszczególne neurony łączą się w struktury, a struktury w system i cały mózg.
Według naukowców wokół mózgu zidentyfikowano pole o wysokiej częstotliwości, które różni się od ogólnego biopola człowieka. Ma swoją nazwę - psychopole. Psychopole zapewnia normalny, szybki przebieg wszystkich procesów neurofizjologicznych. Ustalono, że to psychopole jest na tyle wysokoenergetyczne, że wymaga specjalnych nośników, którymi są kryształy szyszynki. Umożliwiają utrzymanie ogromnej objętości energetyczno-informacyjnej w ciele białkowym bez denaturacji białka.
W latach 60. XX wieku profesor Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego N.I. Kobozev, badając zjawisko świadomości, doszedł do wniosku, że materialna fizjologia mózgu sama w sobie nie zapewnia myślenia i innych funkcji umysłowych. Jest to możliwe dzięki zewnętrznym źródłom ultralekkich cząstek-psychonów, które stanowią energetyczną podstawę impulsów mentalnych i emocjonalnych. W badaniu zidentyfikowano organoid zdolny do wychwytywania przepływów psychonów. Odkryto, że kryształy szyszynki są nośnikami hologramów, które określają czasoprzestrzenne rozmieszczenie wszystkich programów psychogenetycznych ustanowionych w chwili urodzenia. Ogromna ilość informacji o różnych pozytywnych i negatywnych programach życia człowieka jest przechowywana w kryształach szyszynki. Siły wpływu psychicznego i duchowego na kryształy szyszynki determinują, w jaki sposób i jakie programy osoba będzie realizować w ciągu swojego życia. U wielu osób proces ten zachodzi nieświadomie i nie są w stanie w pełni wykorzystać swojego potencjału energetyczno-informacyjnego. I z tego powodu nawet genialni ludzie realizują swoje skłonności jedynie w 5-7 procentach.
W krytycznej sytuacji, gdy problem musi zostać natychmiast rozwiązany, rozpoczyna się aktywna produkcja energii psychicznej o ogromnej mocy. I wtedy następuje spontaniczny, niekontrolowany proces psychoenergetyczny oddziaływania na kryształy szyszynki i uruchamia się w nich program wyjścia z sytuacji kryzysowej. Tylko produkcja potężnych, wysoce duchowych energii jest krótkotrwała, a kiedy kryzys zostanie rozwiązany, zapomina się o największych momentach napięcia psychoenergetycznego. Mało kto potrafi świadomie kontrolować energię psychiczną i za jej pomocą rozwiązywać rozmaite problemy.
Współczesna nauka neurofizjologiczna zwraca szczególną uwagę na badanie procesów psychoenergetycznych w mózgu. Istnieje wiele instytutów i laboratoriów rozwijających problemy teoretyczne z tego zakresu, których rozwój pozwala psychologii praktycznej uporać się z problemami aktywizacji rezerw ludzkiej psychiki, opierając się nie tylko na doświadczeniach empirycznych, ale także na danych naukowych. Złożone, niestandardowe problemy można skutecznie rozwiązać jedynie poprzez uruchomienie programów rozwojowych i rozbudzenie ukrytych rezerw psychiki. Takie podejście pozwala ukazać pełny potencjał jednostki i zapewnić skuteczne sposoby jego realizacji.
W wieku 40-70 lat mózg ma swoje własne cechy. Intelektualna „siła” zdrowego trybu życia nie spada z wiekiem, a jedynie wzrasta. Maksymalna manifestacja funkcji poznawczych mieści się w przedziale 40-60 lat. Od 50. roku życia przy rozwiązywaniu problemów człowiek wykorzystuje nie jedną półkulę jednocześnie, jak u młodych ludzi, ale obie (oburęczność mózgowa). Uważa się, że w wieku średnim człowiek staje się bardziej odporny na stres i może efektywniej pracować w warunkach silnego stresu emocjonalnego. Neurony mózgowe nie obumierają, jak sądzono, aż do 30%, ale połączenia między nimi mogą zaniknąć, jeśli dana osoba nie zaangażuje się w poważną pracę umysłową. Ilość mieliny (istoty białej mózgu) w mózgu wzrasta wraz z wiekiem i osiąga maksimum po 60 latach, natomiast intuicja znacznie wzrasta.
Mózg w wieku 40-70 lat zwykle uważa się nie za dojrzały, kompletny i gotowy do pracy, ale za zanikający i nie w pełni radzący sobie ze swoimi funkcjami. Do tego samego wniosku doszło wielu rosyjskich psychologów: z wiekiem mózg człowieka zaczyna pracować wydajniej niż w młodości.
Link bibliograficzny
Zhumakova T.A., Ryspekova Sh.O., Zhunistaev D.D., Churukova N.M., Isaeva A.M., Alimkul I.O. SEKRETY LUDZKIEGO MÓZGU // International Journal of Applied and Fundamental Research. – 2017 r. – nr 6-2. – s. 230-232;Adres URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11656 (data dostępu: 19.09.2019). Zwracamy uwagę na czasopisma wydawane przez wydawnictwo „Akademia Nauk Przyrodniczych”
W XXI wieku naukowcy stoją przed być może najtrudniejszym wyzwaniem w historii nauki: zrozumieniem mózgu. Nasze stulecie zostało już nazwane wiekiem nauk o mózgu i świadomości, przez analogię do tego, jak poprzednie stulecie nazywano wiekiem genetyki. Zadanie jest niezwykle trudne, choćby dlatego, że zwykle instrument, za pomocą którego przeprowadza się badania, jest bardziej złożony niż przedmiot badań. Teraz za pomocą rozumu staramy się zrozumieć sam rozum. Czy to się uda?
Czym jest mózg, dlaczego go potrzebujemy?
Mózg jest najbardziej złożonym i najmniej poznanym organem naszego ciała. Ważąc zaledwie 1–2 kg (średnia waga mieści się gdzieś pośrodku), pochłania 20% energii wytwarzanej przez nasz organizm. Ponad 70% genów naszego genomu aktywnie pracuje w jego komórkach (w innych komórkach liczba ta jest znacznie mniejsza). Istota szara składa się z ponad 90 miliardów neuronów, z których każdy ma aż 10 tysięcy połączeń z innymi neuronami (niekoniecznie sąsiadującymi - na przykład wyrostki neuronów ruchowych mają ponad metr długości).
Ale to wszystko jest biologią, niezbyt interesującą. A co ze świadomością?
Od czasów starożytnych tą problematyką zajmowała się wyłącznie filozofia. Platon i Arystoteles wierzyli, że umysł istnieje jako rzeczywistość ontologiczna odrębna od materii. Parmenides natomiast twierdził, że bycie i myślenie to jedno. Teraz do tego procesu włączyły się nauki przyrodnicze.
W ostatnich latach badania osiągnęły taki poziom, że możemy rozpocząć badanie mózgu w działaniu. Obejmuje cząsteczki, komórki, ich połączenia, a także materię wyższą – zachowanie, czyli świadomość.
Pisarze science fiction od dawna marzą o sztucznej inteligencji, jednak najczęściej przedstawiają ją jako potwora wymykającego się spod kontroli, wcale nie działającego dla dobra ludzkości (filmy science-fiction „Terminator”, „Hooked”, "Ja robotem").
W jednym z ostatnich filmów Supremacy do stworzenia sztucznej inteligencji wykorzystano model mowy i specjalne algorytmy jego przetwarzania. Takie pomysły nie są bezpodstawne. Uważa się, że to właśnie sposób mówienia przyczynia się do aktywnego rozwoju półkul, odpowiada za zdolność uczenia się i przewidywania zdarzeń, a w efekcie za podejmowanie decyzji.
Rzeczywiście, w oparciu o dotychczasowe doświadczenia, podejmujemy decyzje o działaniach, a po ich podjęciu porównujemy oczekiwany rezultat z rzeczywistym. Mózg daje nam więc możliwość spojrzenia w przyszłość.
Zbuntowana sztuczna inteligencja jest tematem niejednej powieści i filmu science fiction.
Ale jak zmusić maszynę do myślenia?
Przeszkodą w każdej sztucznej inteligencji są jej algorytmy uczenia się. Przewagą człowieka nad wszystkimi innymi mieszkańcami naszej planety jest umiejętność abstrakcyjnego myślenia i budowania uogólnień na różnych poziomach. W dzisiejszych czasach rozwój tzw. algorytmów „głębokiego uczenia się” jest bardzo popularną dziedziną wiedzy. Duże firmy informatyczne są aktywnie zainteresowane takimi algorytmami. Na przykład Google niedawno przejął DeepMind Technologies, firmę specjalizującą się w takich właśnie zadaniach. W końcu rynek tutaj jest ogromny. Można je wykorzystać do rozpoznawania mowy, rozpoznawania twarzy, opracowywania „inteligentnych” interfejsów użytkownika w urządzeniach elektronicznych, protetyce itp. Postęp w tej dziedzinie już przynosi efekty.
Pomysły takie jak procesor Terminator T-800 o zupełnie nowej architekturze czy Skynet, czy stworzenie klonów w The Sixth Day i The Island nie wydają się już nierealne.
Badania trwają. Na całym świecie na badanie mózgu wydaje się ogromne sumy pieniędzy. W latach 2013–2014 W USA, Europie i Japonii rozpoczęto zakrojone na szeroką skalę projekty badawcze dotyczące mózgu (Rosja jest w drodze). Kto wie – może przyszłość, o której piszą pisarze science fiction, czai się tuż za rogiem.
Po co badać mózg?
Zdrowy ludzki mózg to niezwykle złożony, precyzyjnie dostrojony system, dla którego normalnego funkcjonowania ważny jest każdy element, a nie tylko neurony i ich sieci. Mózg to także zespół elementów pomocniczych: komórek glejowych pełniących funkcje odżywcze i ochronne dla neuronów, komórek układu naczyniowego, różnych białek zewnątrzkomórkowych, neuroprzekaźników. Najmniejsza zmiana w funkcjonowaniu dowolnego elementu mózgu może prowadzić do pojawienia się i rozwoju jego patologii.
Tradycyjnie patologie mózgu można podzielić na trzy grupy.
Choroby neurodegeneracyjne- grupa wolno postępujących chorób układu nerwowego związanych ze śmiercią komórek nerwowych, wyrażająca się zewnętrznie w postaci otępienia i zaburzeń funkcji motorycznych (najbardziej znanymi przedstawicielami tej grupy są choroby Alzheimera, Huntingtona i Parkinsona).
Zaburzenia psychiczne związane z zaburzeniami w sferze uczuć, myślenia i zachowania. Do tej grupy zalicza się depresję, anoreksję, bulimię, zaburzenia snu, uzależnienie od alkoholu i narkotyków oraz schizofrenię.
Choroby związane z układem naczyniowym.
Wszystkie te choroby powstają z różnych powodów, ale na poziomie neuronalnym ich manifestacja jest zawsze taka sama: przekazywanie impulsów nerwowych zostaje zakłócone. W zależności od przyczyny takich zaburzeń wymagane jest różne leczenie. Problem w tym, że wciąż nie znamy przyczyn tych chorób.
Istnieją teorie, założenia, niektóre z nich są częściowo potwierdzone, inne nie. Ale obecnie bez wyjątku wszystkie metody leczenia tych chorób działają na objawy, a nie na przyczyny. Zatem badania nad mechanizmami powstawania i rozwoju takich chorób są dosłownie niezbędne, właśnie tej wiedzy brakuje, a finansowanie takich eksperymentów jest bardzo przydatne.
Zabij Alzheimera
Uważano, że choroba Alzheimera rozwija się na skutek braku neuroprzekaźnika acetylocholiny (głównego przekaźnika przywspółczulnego układu nerwowego). Wtedy wpadli na pomysł leczenia choroby inhibitorami enzymu acetylocholinoesterazy. Enzym znajduje się na styku neuronów i niszczy acetylocholinę, przerywając w ten sposób impuls nerwowy. Nawiasem mówiąc, wiele pestycydów rolniczych i bojowych środków chemicznych (sarin, soman i VX) jest najsilniejszymi inhibitorami tego enzymu, powodują paraliż przywspółczulnego układu nerwowego (człowiek po prostu przestaje oddychać). Efekt terapii był minimalny. Inną teorią było tworzenie się płytek amyloidowych; nauczyli się je rozpuszczać za pomocą przeciwciał, ale ta metoda również nie działała. Istnieje teoria, według której zostaje zaburzona struktura białka tau, które utrzymuje strukturę układu transportowego wewnątrz neuronu. Teraz jest to aktywnie sprawdzane.
Nowe podejście do leczenia schorzeń układu nerwowego
Obecnie istnieje już wiele nowoczesnych technologii leczenia chorób, niektóre z nich znajdują zastosowanie w praktyce klinicznej, inne są dopiero adaptowane. Ponieważ wiele zaburzeń ośrodkowego układu nerwowego wiąże się z nieprawidłowym działaniem genów (obecność w nich błędów, zakłócenie systemów regulacyjnych ich pracy), technologie terapii molekularnej i komórkowej mają na celu korygowanie takich błędów.
Idea takich metod jest prosta: za pomocą odpowiednich środków dostarczamy środek leczniczy we właściwe miejsce i na odpowiedni poziom komórki, gdzie następuje korekta. Poziomy - DNA, RNA, białka, substancje proste. Czynnikami mogą być proste substancje (większość nowoczesnych leków), aktywne białka, enzymy, specyficzne przeciwciała, fragmenty RNA, a nawet DNA. Na przykład wirusy mogą służyć jako nośniki dostaw.
Poniżej kilka przykładów takich technologii.
Terapia z wykorzystaniem siRNA. Cząsteczki miRNA wiążą się z informacyjnym RNA (elementem pośrednim w syntezie białek, głównymi elementami operacyjnymi naszego organizmu); kompleksy takie są rozpoznawane przez układy komórkowe i niszczone (w ten sposób można ograniczyć syntezę dowolnego białka w komórce).
Syntetyczne czynniki transkrypcyjne. Substancje te wiążą się z DNA i aktywują proces syntezy informacyjnego RNA (przeciwnie, środki te zwiększają produkcję białka).
Syntetyczne nukleazy do edycji genów. Metody te pozwalają na bezpośrednią korektę genomu (eliminujemy defekt i ponownie syntetyzujemy składniki komórki, które będą działać bez zakłóceń).
Zastosowanie przeciwciał. Przeciwciała powstają w naszym organizmie w odpowiedzi na pojawienie się w nim obcych substancji – na przykład wirusów, obcych białek. Ludzie od dawna nauczyli się syntetyzować sztuczne przeciwciała. Za ich pomocą można wyeliminować różne formacje w mózgu (na przykład eliminując płytki amyloidowe w chorobie Alzheimera).
Problemy z aktywnym stosowaniem tych metod wiążą się z brakiem wiedzy na temat przedmiotu leczenia. Mózg i centralny układ nerwowy są zbyt złożone i wieloskładnikowe, a ich patologie najczęściej wynikają z kilku czynników. Badania w tym obszarze pozwolą nam opracować i przetestować nowe, przełomowe technologie w leczeniu neuropatologii.
Programy badań mózgu
Mózg jako obiekt badań budzi zainteresowanie środowiska naukowego od dawna. Zakończono kolosalną liczbę projektów, tyle samo jest w fazie aktywnej lub w fazie deweloperskiej. Ich zadania obejmują cały zakres zainteresowań środowiska naukowego: obejmują one badania molekularnych mechanizmów procesów przekazywania impulsów nerwowych, poszukiwanie nowych środków i narzędzi terapeutycznych, opracowywanie nowych metod badań, diagnozowania i leczenia patologii, opracowywanie map o różnym stopniu rozdzielczości. Pionierami badań nad mózgiem są Unia Europejska, Stany Zjednoczone i Japonia.
Wspólną wadą wszystkich inicjatyw jest ich fragmentacja. Dotychczas badania prowadzone były w interesie poszczególnych grup naukowych. Teraz zamierzają naprawić tę sytuację.
W Europie, Stanach Zjednoczonych i Japonii uruchomiono krajowe inicjatywy badawcze dotyczące mózgu i świadomości. Częściowo się one pokrywają, co może przyczynić się do powstania skutecznych konsorcjów badawczych i uzyskania jak najpełniejszej informacji o przedmiocie badań. Jednak główne cele tych projektów dobrze się uzupełniają, co pozwoli społeczności naukowej odnieść maksymalne korzyści.
Programy europejskie
Głównym instrumentem finansowania badań naukowych w Unii Europejskiej są Programy Ramowe Badań i Rozwoju Technologicznego (PR). Programy wprowadzono po raz pierwszy w 1984 r. (1PR). Od tego czasu środki na badania naukowe stale rosły, a do 2014 r. wzrost był ponad 20-krotny. Program 8PR, czyli „Horyzont 2020”, obejmuje finansowanie o łącznej wartości ponad 80 miliardów euro.
Henry Markram jest profesorem neurologii w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii (EPFL). Jest założycielem Instytutu Nauk o Mózgu i Umyśle, inicjatorem i dyrektorem Projektu Blue Brain oraz Koordynatorem Podprogramu Podstawowego (SP6) Human Brain Project. Jego zainteresowania badawcze obejmują obszary plastyczności synoptycznej (zdolność neuronów do tworzenia połączeń między sobą), organizacji strukturalnej i funkcji mózgu oraz przekazywania sygnałów w korze nowej (nowej korze mózgowej). Jako pierwszy sformułował podstawowe zasady funkcjonowania tych procesów.
Jego drugim niezwykle ważnym osiągnięciem było opracowanie koncepcji Maszyny Stanu Płynnego (LMS). Jest to specjalna sieć neuronów (węzłów, jeśli mówimy o maszynach), połączonych ze sobą losowo. Każdy węzeł w sposób ciągły odbiera sygnały z innych węzłów i/lub źródeł zewnętrznych i natychmiast zaczyna je przetwarzać. System wytwarza również sygnał ciągły na wyjściu. Wyjątkowość tego podejścia polega na tym, że w jednostce czasu maszyna może zawierać ważne informacje o wszystkich przeszłych sygnałach wejściowych, a przepływy informacji mogą być przetwarzane jednocześnie, w ogóle nie zakłócając się.
Henry Makram wykorzystał ten model do symulacji działania sieci neuronowych w projekcie Blue Brain. Ten projekt jest przykładem na to, jak jedna osoba może zmienić świat. Dzięki własnym osiągnięciom i energii Henry Macramowi udało się uzyskać grant na badania, które wcześniej uważano za niemożliwe.
Wielkość finansowania badań w Europie
Jednocześnie badania dotyczące mózgu prowadzone w latach 2007-2013. otrzymało około 2 miliardów euro. Dla porównania w 2005 r. łączny wolumen inwestycji finansowych w tej dziedzinie wiedzy nie przekroczył 4,1 miliarda euro. Kwota ta uwzględnia inwestycje prywatne i publiczne; udział tych ostatnich sięga zaledwie 900 mln euro (w USA inwestycje prywatne i publiczne w tym samym okresie wyniosły odpowiednio 6,1 i 8,4 mld dolarów).
Wśród wielu programów badawczych zatwierdzonych przez Unię Europejską warto wyróżnić kilka projektów najbardziej znaczących i/lub o dużej skali. Jednym z nich jest program Blue Brain.
Niebieski mózg
W ramach tego projektu opracowano zasady konstruowania modeli mózgu, które po udowodnieniu swojej skuteczności po raz pierwszy sprawiły, że społeczność naukowa uwierzyła w ich potencjał predykcyjny. Zasady te stanowiły podstawę platformy symulacji mózgu (SP6) w ramach projektu Human Brain (patrz poniżej). Inspiratorem ideowym i dyrektorem programu był Henry Makram (profesor neurologii w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii).
Nazwa projektu pochodzi od nazwy superkomputera Blue Gene, dostarczonego przez firmę IBM i służącego do obliczeń rozproszonych, oraz faktycznego obiektu badań – mózgu.
Modelowanie jako narzędzie badawcze od dawna stanowi część praktyki naukowej. Na przykład metody dokowania molekularnego są aktywnie wykorzystywane do poszukiwania nowych celów w opracowywaniu leków.
Rezultatem projektu Blue Brain jest działający model komputerowy, który jest w stanie z dużym prawdopodobieństwem (około 74%) przewidzieć lokalizację synaps w korze mózgowej. W swoich opracowaniach autorzy wykorzystali dane uzyskane podczas własnych eksperymentów biologicznych, a nie modele matematyczne (do czasu realizacji projektu powstało ich całkiem sporo).
Dokładny mechanizm powstawania synaps jest nadal nieznany. Istnieją dwie hipotezy: połączenia między neuronami powstają losowo w punktach styku ich procesów oraz połączenia powstają pod kontrolą związków chemicznych wydzielanych przez komórki.
Podczas eksperymentów morfologicznych w ramach projektu Blue Brain (zwierzęciem modelowym był szczur) jego autorzy zidentyfikowali sześć typów neuronów i ich połączenia synoptyczne. Następnie, wykorzystując jedynie dwa parametry (odległość synapsy od ciała neuronu i lokalizację procesów na niej), badacze zidentyfikowali wzór lokalizacji synaps charakterystyczny dla każdego typu neuronu.
W eksperymencie modelowym neurony lokalizowano losowo w obrębie ściśle określonej objętości istoty szarej, biorąc pod uwagę jedynie dwa parametry: gęstość lokalizacji oraz względną liczbę komórek każdego typu. W prawie 75% przypadków model poprawnie wskazał obecność połączeń pomiędzy komórkami. Z tego możemy wywnioskować, że istnieje losowy mechanizm tworzenia synaps. Pozostałe wartości procentowe mogą wskazywać na bardziej złożone mechanizmy molekularne biorące udział w tym procesie.
Badanie procesów ludzkiej pamięci w Sandia National Laboratories (USA) poprzez wykonanie elektroencefalogramu mózgu
Tak czy inaczej, praca pokazała, że do zbudowania konektomu (modelu mózgu, układu przestrzennego komórek i, co najważniejsze, połączeń między nimi) wystarczy umieścić neurony różnego typu w odpowiednich obszarach mózgu. kora mózgowa o odpowiedniej gęstości i w wymaganej ilości. Okazuje się, że nie ma potrzeby mapowania położenia każdego neuronu w korze, jak wcześniej sądzono, ale wystarczy mieć jedynie ogólne pojęcie o ich lokalizacji.
To właśnie ten wniosek dał początek działaniom Human Brain Project. W styczniu 2013 roku ogłoszono wsparcie ze strony Unii Europejskiej.
Jednak w tej chwili nadal mamy niewielką wiedzę na temat rodzajów komórek nerwowych występujących w naszym organizmie i różnic między nimi na poziomie molekularnym. A oprócz neuronów istnieją także komórki glejowe i komórki układu naczyniowego, bez których neurony nie będą mogły wykonywać swoich funkcji. A jednym z priorytetowych zadań Human Brain jest uzupełnienie brakujących danych, dzięki którym model stanie się dokładniejszy.
Projekt „Ludzki mózg”
(Projekt Ludzkiego Mózgu, HBP)
Projekt Human Brain (numer grantu 604102) rozpoczął się na początku października 2013 r. Inicjatywa ta jest sztandarowym projektem w badaniach mózgu Komisji Europejskiej nad przyszłością i pojawiającymi się technologiami na najbliższe 8 lat (zakończenie projektu zaplanowano na 2023 rok). W tym czasie planowane jest nie tylko prowadzenie badań naukowych, ale także aktywne wdrażanie uzyskanych wyników w postaci metod, nowej wiedzy i technologii w życiu.
Procedury projektu ludzkiego mózgu
Zdaniem Henry’ego Markrama, profesora i założyciela Brain and Mind Institute, naukowcy zamierzają odtworzyć ludzki mózg w najdrobniejszych szczegółach.
„Od poziomu genetycznego, molekularnego po neurony i synapsy, dalej do obwodów neuronalnych, makroobwodów, mezoobwodów, płatów mózgowych – aż do zrozumienia, w jaki sposób wszystkie te poziomy są ze sobą powiązane oraz w jaki sposób determinują zachowanie i kształtują świadomość” – mówi Markram.
Zatem globalnym celem projektu HBP jest stworzenie dokładnego modelu, który pozwoli nam zrozumieć, jak działa nasz mózg, jak myślimy, podejmujemy decyzje i czujemy. Jakie procesy leżą u podstaw pamięci. Przecież jasne zrozumienie, jak półtora kilograma biomateriału pracuje w naszych głowach, zużywając przy tym 20% energii wytwarzanej przez cały organizm, umożliwi opracowanie narzędzi leczenia chorób neurodegeneracyjnych, które coraz częściej plaga starzenia się ludzkości.
Co więcej: mając takie modele, będziemy mogli zbliżyć się do idei stworzenia sztucznej inteligencji. Ale to nie jest takie proste. Według samego Henry'ego Markrama, jeśli świadomość pojawia się w wyniku masy krytycznej interakcji, to może jest to możliwe, ale tak naprawdę nie rozumiemy, czym jest świadomość, więc trudno o tym mówić. Przynajmniej na razie.
W projekcie bierze udział 113 organizacji partnerskich, 21 organizacji wdrażających, w tym wiodące uczelnie na świecie (łącznie 24 kraje), co czyni projekt międzynarodowym. W projekcie tym aktywnie uczestniczą także firmy komercyjne specjalizujące się w badaniu patologii mózgu, opracowywaniu i wdrażaniu nowych podejść terapeutycznych w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych, w oparciu o najnowsze osiągnięcia nauki i technologii.
Harmonogram projektu obejmuje następujące zadania:
Symulacja mózgu;
Rozwój systemów komputerowych i robotycznych;
Opracowanie interaktywnego systemu obliczeniowego;
Mapa patologii mózgu;
Tworzenie map mózgu myszy i człowieka;
Rozwój teorii mózgu;
Przyspieszenie przełomowych badań;
Współpraca z innymi projektami badawczymi;
Przełożenie wyników Programu na technologie, produkty i usługi;
Prowadzenie polityki odpowiedzialnych badań i innowacji.
Inicjatywa podzielona jest na kilka podprojektów (SP1–SP13), z których każdy pełni swoją funkcję. Jednocześnie projekty SP5–SP10 w swojej skali i znaczeniu mają status platform.
Łącznie na projekt „Human Brain” planuje się wydać około 1,2 miliarda euro.Dofinansowanie fazy wstępnej projektu, podczas której adaptowane są nowe metody badawcze, nawiązywane są połączenia, kontakty pomiędzy uczestniczącymi organizacjami, wynosi 54 euro milion.
W kwietniu 2015 r., po walnym zgromadzeniu głównych uczestników, na stronie internetowej projektu opublikowano raport techniczny z prac wykonanych w ciągu roku od rozpoczęcia projektu.
Pierwszy rok programu miał charakter organizacyjny. Jego uczestnicy opanowali i opracowali nowe metody i ulepszone narzędzia. Generalnie wyniki każdej grupy badawczej (oczywiście zawsze są wyjątki) mieszczą się w ustalonym harmonogramie. Ogólna uwaga dla wszystkich uczestników jest następująca: nie ma wystarczającej wzajemnej komunikacji między nimi. Co więcej, ta pojedyncza uwaga znacząco wpływa na plany wdrożeniowe całego projektu.
Wymagana wydajność klastra komputerowego do projektów modelowania mózgu
I nie da się ich zliczyć!
Przed uczestnikami Platformy Obliczeniowej Wysokiej Skali (SP7) stoi trudne zadanie. Faktem jest, że do realizacji ambitnych celów projektu Human Brain potrzebne będą systemy obliczeniowe o kolosalnej mocy. Superkomputer Blue Gene firmy IBM zastosowany w projekcie Blue Brain miał wystarczające zasoby (300 tys. teraflopów i 10 TB pamięci RAM), aby zasymulować pracę jednej kolumny kory nowej szczura (jednostki strukturalnej mózgu, w sumie jest ich 100 tys. takie kolumny w mózgu szczura). Do symulacji funkcjonowania ludzkiego mózgu potrzebny będzie klaster ponad 100 tysięcy razy silniejszy (patrz rysunek). Dla porównania 6-rdzeniowy procesor Intel Core i7-4930K o częstotliwości 3,7–4,2 GHz osiąga wydajność 130–140 gigaflopów (teoretycznie szczytowo 177 GFlops). Oznacza to, że teoretycznie do stworzenia takiego klastra potrzeba ponad 7 milionów takich procesorów.
Generalnie nie ma tu nic niemożliwego, gdyby tylko były pieniądze. Na przykład Intel planuje stworzyć superkomputer o wydajności 4 eksaflopów do 2020 roku. Niemniej jednak praca nad uruchomieniem i wspieraniem takich systemów jest niezwykle trudna, dlatego życzymy badaczom powodzenia.
Ponieważ priorytetowym rezultatem naukowym projektu Human Brain powinien być model mózgu człowieka (przez analogię łatwo będzie opracować model mózgu dowolnego ssaka), zbudowany na danych uzyskanych z eksperymentów biologicznych, jego autorzy (podprogram SP6 ) są po prostu zobowiązani do aktywnego współdziałania z innymi uczestnikami tej inicjatywy, aby otrzymywać i wykorzystywać te informacje. Co więcej, z takiej interakcji wynika podwójna korzyść. Z jednej strony na podstawie takich danych budowany jest działający model (SP6), z drugiej strony w miarę jego testowania staje się oczywiste, jakich badań jeszcze brakuje (SP1, SP2, SP3, SP4). Proces ten umożliwi bardziej ukierunkowane projektowanie eksperymentów.
Z opinii ekspertów wynika, że dodatki SP1 i SP2 działają niezależnie od celów dodatku SP6. Podobnie jest z SP3 i SP4. Jednocześnie „surowe” dane nie są jeszcze wystarczające do zbudowania działającego modelu mózgu.
Zespół Uniwersytetu Yale bada funkcjonowanie mózgu za pomocą układu 64 czujników umieszczonych na głowach pacjentów.
Warto zauważyć, że eksperci mieli najwięcej skarg na twórców modelu - i to oni są sercem projektu. Dotarli do tego także inżynierowie platformy Neurorobots (SP10), którzy zbudowali model „Wirtualnej Myszy”, w którym wykorzystali uproszczony model mózgu powiązany z modelem ciała (wszystko to zlokalizowane jest w środowisku wirtualnym). Model powstał w oparciu o dane z Allen Brain Institute (Seattle, USA), Biomedical Information Research Network (San Diego, USA) oraz dane uzyskane w wyniku projektu Blue Brain (Genewa, UE). W przedstawionym uproszczonym modelu wykorzystano 200 tysięcy neuronów (w sumie w mózgu myszy znajduje się 75 milionów neuronów).
Taki model jest niewątpliwie interesujący sam w sobie, gdyż po pierwsze jest przykładem rozwiązania problemu integracji różnego rodzaju danych pozyskiwanych z różnych źródeł, a po drugie jest potężnym narzędziem nie tylko do prowadzenia badań, ale także do pracy badania inteligentnego zachowania obiektów w robotyce (mechanizm reakcji na wzbudzenie zewnętrzne).
Jednak eksperci narzekali na grupę SP10, że ta ostatnia skupiała się bardziej na ergonomii opracowywanych narzędzi, a także na pakietach wizualizacji, ze szkodą dla właściwości samych modeli (mózg, ciało, środowisko). Okoliczność ta, zdaniem ekspertów, poddaje w wątpliwość możliwość zastosowania i wartość naukową takich narzędzi.
Na obronę projektu można powiedzieć, że do chwili zaprezentowania wyników minął zaledwie rok od jego rozpoczęcia i przy należytym wysiłku te niedociągnięcia można łatwo skorygować.
Badania w USA
Inicjatywa B.R.A.I.N
Tytuł „B.R.A.I.N.” oznacza „Badania mózgu poprzez rozwój innowacyjnych neurotechnologii”. Inicjatywa została przekształcona z programu mapy aktywności mózgu, który polegał na nauce rejestrowania impulsów wszystkich neuronów w mózgach zwierząt. Cele inicjatywy znacznie się rozszerzyły i obecnie projekt ten wygląda na jeszcze ambitniejszy niż Human Brain i jak większość amerykańskich inicjatyw.
„Mamy do odkrycia głęboki sekret, a Projekt B.R.A.I.N. pomoże w tym. Da naukowcom możliwość zbudowania dynamicznego obrazu aktywności mózgu i lepszego zrozumienia, w jaki sposób myślimy, uczymy się i zapamiętujemy” – powiedział prezydent USA Barack Obama, ogłaszając uruchomienie programu.
Globalne cele badawcze nie są nowe: pogłębienie wiedzy naukowej na temat choroby Alzheimera, autyzmu, epilepsji i innych zaburzeń związanych z wyższą aktywnością nerwową, zbadanie możliwości wczesnej diagnostyki i leczenia tych chorób. Autorzy projektu nie wykluczają jednak możliwości dokonania przełomowych odkryć podczas realizacji inicjatywy.
MÓZG. polega na stworzeniu atlasu komórek mózgowych w oparciu o ich pełną charakterystykę molekularną (DNA, RNA, białka, proste cząsteczki), mapy ich wzajemnych połączeń (konektom) oraz narzędzia umożliwiające łączenie tych danych z informacjami o funkcjach poznawczych. Inicjatywa zakłada także budowę modeli mózgu zdrowego i mózgu z różnymi patologiami, co pozwoli na zbadanie przyczyn ich powstawania i rozwoju. Wszystko to jest obecne w takiej czy innej formie w Europejskim Projekcie Human Brain.
MÓZG. - przystępny język
Teraz, aby przeprowadzić operację na ludzkim mózgu (np. usunąć plaster padaczkowy czy wszczepić implant eliminujący drżenie), chirurg za każdym razem musi go zmapować. Dzieje się to w następujący sposób. W pełni przytomny mężczyzna leży na stole operacyjnym, ma otwartą czaszkę. Lekarz dokładnie dotyka różnych obszarów mózgu specjalnym stymulatorem, a pacjent musi mu powiedzieć, co czuje i jak zmienił się jego stan. Podczas prawie 4-godzinnej operacji w 2008 roku lekarze stymulowali różne części mózgu amerykańskiego muzyka Eddiego Adcocka, a on grał na banjo i raportował, czy taka stymulacja przyniosła skutek (miał drżenie, które uniemożliwiało mu grę). Po zlokalizowaniu obszaru odpowiedzialnego za manifestację patologii wszczepiono w niego elektrodę. Po operacji pacjent wyzdrowiał i dał koncert.
Nieinwazyjne metody mapowania mózgu, jego szczegółowe mapy, a także metody celowanej stymulacji (fizycznej lub lekowej) określonych obszarów istoty szarej mogłyby znacznie uprościć takie procedury. Wyobraź sobie: na pacjenta zakłada się hełm, a on zaczyna sekwencyjnie, w określonych odstępach czasu, pobudzać te obszary mózgu, które prawdopodobnie mogą być odpowiedzialne za chorobę. Pacjent musi jedynie w odpowiednim czasie nacisnąć przycisk, aby dać systemowi sygnał: Czuję się lepiej. Łatwa kalibracja, ukierunkowane działanie – leczenie zakończone, pacjent zdrowy.
Główna różnica między tymi dwoma projektami polega na tym, że Europejczycy skupili się na tworzeniu modeli komputerowych symulujących funkcjonowanie mózgu, podczas gdy Amerykanie będą przede wszystkim opracowywać nowe technologie, narzędzia, metody badawcze, ukierunkowane efekty na mózg (nieinwazyjne, jeśli możliwe), a dopiero potem przystąpić do zasadniczych problemów.
O uruchomieniu inicjatywy B.R.A.I.N stał się znany w 2013 roku. Datę rozpoczęcia jego realizacji ogłoszono na wrzesień 2014 roku (od tego miesiąca rozpoczyna się finansowanie większości projektów). Program przeznaczony jest na 12 lat.
W projekt zaangażowanych jest pięć agencji federalnych: Agencja ds. Żywności i Leków (FDA), Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Wywiadu (IARPA), Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH), Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w dziedzinie Obronności (DARPA) oraz Krajowa Agencja ds. Fundacja Nauki (NSF). Ponadto członkowie Narodowej Inicjatywy Fotonicznej, a także GE, Google, GlaxoSmithKline i Inscopix wnieśli infrastrukturę do B.R.A.I.N., a wiele prywatnych fundacji, organizacji i uniwersytetów zgodziło się wnieść wkład w badania.
Ponieważ ideolodzy planu inicjatywy (głównym koordynatorem jest Narodowy Instytut Zdrowia, NIH), pierwsze dwa lata (lata podatkowe 2014 i 2015) staną się przygotowawcze, a głównym celem pierwszego „planu pięcioletniego” (lata fiskalne lata 2016–2020) będą miały na celu rozwój nowych technologii badań mózgu, a w trakcie kolejnego „planu pięcioletniego” (2021–2025) naukowcy mają nadzieję, że przy wykorzystaniu opracowanych technologii dokonane zostaną fundamentalne odkrycia.
Główne cele B.R.A.I.N.
1. Badanie różnorodności: eksperymentalny opis wszystkich typów komórek mózgowych, ich rola w mózgu zdrowym i chorym. Jest to konieczne, aby usystematyzować różnorodność komórkową. Wykorzystując uzyskane dane, opracowane zostaną narzędzia do rejestracji, oznaczania i manipulowania neuronami w żywym mózgu, a także metody selektywnego dostarczania genów, białek i prostych substancji do komórek mózgowych.
2. Mapowanie na dużą skalę: tworzenie diagramów połączeń neuronowych w rozdzielczości od poszczególnych synaps do mózgu jako całości. Taka mapa umożliwi identyfikację połączeń nie tylko pomiędzy sąsiednimi komórkami, ale także komórkami zlokalizowanymi w różnych częściach mózgu i zbadanie zależności pomiędzy poszczególnymi jego obszarami. W przyszłości opracowane zostaną szybkie i tańsze technologie rekonstrukcji sieci neuronowych w dowolnej skali (od nieinwazyjnego badania całego mózgu po badanie poszczególnych synaps na poziomie subkomórkowym).
3. Mózg w akcji: uzyskiwanie dynamicznych obrazów funkcjonowania mózgu z wykorzystaniem nowych metod monitorowania aktywności neuronowej (rejestracja sygnałów wszystkich sieci neuronowych w długich odstępach czasu). Badania te umożliwią udoskonalenie istniejących i opracowanie nowych technologii pracy z neuronami, w tym metod opartych na wykorzystaniu elektrod, optyki, genetyki molekularnej itp.
4. Wykazanie zależności przyczynowo-skutkowych: korelacja aktywności mózgu z odruchami behawioralnymi z wykorzystaniem narzędzi zmieniających dynamikę sieci neuronowych (aktywacja lub hamowanie populacji neuronowych). Opracowane zostaną specjalne narzędzia do manipulowania sieciami neuronowymi modelowych zwierząt, a następnie ludzi (do modulacji optogenetycznej, chemogenetycznej, biochemicznej i elektromagnetycznej).
NPI skupia ekspertów z przemysłu, środowisk akademickich i rządów w celu opracowania rekomendacji, które pomogą w kierowaniu amerykańskim finansowaniem i inwestycjami w pięciu kluczowych obszarach opartych na fotonice: zaawansowanej produkcji, komunikacji i IT, obronności i bezpieczeństwa narodowego, energii oraz zdrowia i medycyny.
5. Identyfikacja podstawowych zasad: opracowanie modeli biologicznych podstaw procesów psychologicznych z wykorzystaniem nowych narzędzi teoretycznych. Teoria, modelowanie i analiza statystyczna pozwolą na wszechstronną nieliniową analizę cech funkcjonalnych mózgu. Opracowanie nowych metod analizy i interpretacji danych będzie prowadzone w ścisłej współpracy z naukowcami z dziedzin statystyki, fizyki, matematyki, inżynierii i informatyki.
6. Badania człowieka: rozwój innowacyjnych technologii badania ludzkiego mózgu i leczenia jego patologii, tworzenie i wspieranie zintegrowanych konsorcjów badawczych. Opracowanie systemu włączania do badań naukowych osób cierpiących na różnego rodzaju patologie mózgu, poddawanych badaniom i leczeniu w klinikach. System taki, oprócz stworzenia narzędzi do gromadzenia i przetwarzania danych pacjentów, będzie wymagał stworzenia rygorystycznych standardów etycznych i systemów ochrony danych osobowych o pacjentach.
7. Z inicjatywy B.R.A.I.N do mózgu: nowe technologie i podejścia opisane w paragrafach 1–6 pokażą, w jaki sposób dynamiczne układy aktywności neuronowej przekształcają się w czynności ludzkiego mózgu, takie jak funkcje poznawcze, emocje, percepcja i działanie. Będzie to najważniejszy rezultat tej inicjatywy.
Oprócz zadań badawczych inicjatywa zakłada rozwój projektów infrastrukturalnych, wśród których najważniejsze to:
Organizacja równoległych badań modeli ludzkich i „nieludzkich”;
Mechanizmy interakcji interdyscyplinarnej;
Integracja danych w skalach przestrzennych i czasowych (modele dynamiczne);
Rozwój platformy do przechowywania i wymiany danych;
Walidacja i wdrażanie nowych technologii w praktyce;
Etyczne implikacje stosowania wyników badań naukowych;
Mechanizmy raportowania podatkowego dla uczestników projektu.
Alokacja środków finansowych na lata 14-25 na poszczególne dyscypliny.
Dwa zakrojone na szeroką skalę programy Stanów Zjednoczonych i Unii Europejskiej w oczywisty sposób uzupełniają się. Obecność punktów ich przecięcia umożliwia organizację wspólnych badań międzynarodowych. Przykładowo cele podprogramów SP1–SP5 projektu Human Brain pokrywają się z zadaniami określonymi w paragrafach 1–5 B.R.A.I.N., a cele SP8 pokrywają się z celami paragrafu 6. Jeśli chodzi o infrastrukturę, od dawna powszechne jest do środowisk naukowych w USA i Europie.
Inicjatywa B.R.A.I.N przewiduje całkowite finansowanie na poziomie 4,9 miliarda dolarów.Oczekiwania kosztowe autorów projektu przedstawiono na ryc. poniżej. Tym samym w ciągu najbliższych 10 lat możemy spodziewać się pojawienia się przełomowych technologii w badaniu mózgu i leczeniu jego patologii.
Badania w Japonii
Projekt o nazwie Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies, w skrócie Brain/MINDS, rozpoczął się w czerwcu 2014 r. Dofinansowanie projektu w 2014 roku wyniosło 3 miliardy jenów (27 milionów dolarów), w 2015 roku powinno wzrosnąć do 4 miliardów jenów.
Program jest wspierany przez Ministerstwo Edukacji, Nauki i Technologii (MEXT). Organizacją wiodącą będzie RIKEN Brain Science Institute (BSI).
本プロジェクトは、神経細胞がどのように神経回路を形成し、どのように情報処理を行うことによって、全体性の高い脳の機能を実現しているかについて、革新的技術を生かし、その全容を明らかにし、精神・神経疾患の克服につながるヒトの高次脳機能の解明のための基盤を構築することを目的として実施します。
Celem projektu jest zbadanie podstawowego pytania: jak działa ludzki umysł? Inicjatywa ma następujące cele: zrozumienie wszystkich funkcji ludzkiego mózgu; udoskonalić metody diagnozowania i leczenia patologii; rozwijać technologie informacyjne oparte na mechanizmach mózgu.
Ważną cechą projektu Brain/MINDS jest to, że jego autorzy większość badań będą prowadzić na zwierzętach modelowych – małpach Callithrix jacchus. Są małe i dobrze się rozmnażają, dzięki czemu są wygodne w obsłudze i łatwe do uzupełnienia populacji. Ponadto pod względem anatomii mózgu i zachowań społecznych (w tym relacji między rodzicami a potomstwem) małpy te są podobne do ludzi. Mają wyjątkowe zdolności wokalne, a ich modele chorób neurodegeneracyjnych i ludzi są bardzo podobne.
Inne ważne zalety pracy ze zwierzętami modelowymi, a zwłaszcza z małpami Callithrix jacchus:
Kora czołowa czołowa jest dobrze rozwinięta i bardziej zgodna z korą człowieka niż u innych modelowych zwierząt - takich jak gryzonie, często wykorzystywanych w eksperymentach;
Zwarty mózg (ważący zaledwie 8 g) jest zaletą podczas przeprowadzania analizy sieci neuronowych całego mózgu;
Mózg ma mniej warstw, co upraszcza procedurę jego badania za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, metod optycznych, kontrastowych i elektrofizjologicznych;
Na małpach można przeprowadzać eksperymenty genetyczne, modyfikacje i manipulacje - jest to niezwykle ważny aspekt tego projektu, gdyż pozwala na modelowanie i badanie wielu procesów in vivo (można np. stworzyć linię, która na pewno ucierpi np. , choroba Alzheimera).
Dzięki badaniom na zwierzętach transgenicznych (w Japonii, w przeciwieństwie do USA i UE, prawodawstwo dopuszcza takie eksperymenty) naukowcy będą mogli określić punkty wyjścia rozwoju chorób neurodegeneracyjnych. Kiedy zostanie zdiagnozowana choroba Alzheimera, czyli kiedy zaczynają pojawiać się jej pierwsze objawy, nie da się już nic zrobić. Rozpoczyna się proces degradacji włókien nerwowych, komórki umierają, mózg kurczy się, człowiek traci pamięć i następuje śmierć. Wczesna diagnoza jest kluczem do skutecznego leczenia każdej patologii. Zatem określając punkt wyjścia i badając proces występowania i rozwoju choroby jako całości, możliwe jest opracowanie środków terapeutycznych nie tylko leczenia, ale w zasadzie zapobiegania takim patologiom.
Ponadto nowoczesne technologie terapii będą testowane na zwierzętach – wszystkie wymienione na początku artykułu.
Więcej o DTI-MRI
Metoda obrazowania metodą rezonansu magnetycznego tensora dyfuzji za pomocą traktografii opiera się na pomiarze wielkości i kierunku dyfuzji cząsteczek wody w substancji mózgowej. Stwierdzono, że ruch cząsteczek wody wzdłuż włókien istoty białej zachodzi znacznie aktywniej niż w kierunkach prostopadłych, co stanowiło podstawę do uzyskania obrazów tensora dyfuzji. Za pomocą tej metody można ocenić stopień uszkodzenia mózgu. Pozwala na stworzenie trójwymiarowej rekonstrukcji włókien istoty białej, a także wykrycie i ocenę uszkodzeń połączeń nerwowych. Ponadto dane uzyskane za jego pomocą można wykorzystać do ustalenia korelacji pomiędzy uszkodzeniami połączeń nerwowych a deficytami neurologicznymi w odpowiednim układzie.
Aby zidentyfikować mechanizmy leżące u podstaw procesów zachodzących w naszych głowach (uczucia, zachowania, patologie), badacze muszą integrować dużą ilość danych na różnych poziomach.
W tym celu zadania projektu podzielono na trzy kategorie, z których każdą zajmuje się odrębna grupa badaczy:
Grupa A – struktura i mapowanie funkcjonalne mózgu marmozety Callithrix jacchus;
Grupa B – rozwój innowacyjnych neurotechnologii do mapowania mózgu;
Grupa C – mapowanie ludzkiego mózgu i badania kliniczne.
grupa A kierowany jest przez profesora Hideyuki Okano (RIKEN Institute of Brain Sciences i Keio University School of Medicine). Badania podzielone są na kilka poziomów: makro-, mezo- i mikroskopowy.
Na poziomie makro autorzy wykazali potencjał obrazowania metodą rezonansu magnetycznego tensora dyfuzji z traktografią (DTI-MRI) w diagnostyce choroby Parkinsona. Badania przeprowadzone na modelowych zwierzętach (małpy chore na parkinsonizm) wykazały, że metoda ta pozwala na identyfikację zmian w obszarach mózgu odpowiedzialnych za rozwój tej choroby, co może znaleźć zastosowanie w praktyce klinicznej. Za pomocą DTI-MRI zbudowano trójwymiarowy model mózgu marmozety, który można wykorzystać do porównania mózgów patologicznych i kontrolnych. Autorzy zamierzają, w ścisłej współpracy z klinicystami (grupa B), zbadać możliwość zastosowania tej metody w diagnostyce różnych chorób neurodegeneracyjnych.
Strukturę włóknistą istoty białej i obszary całego mózgu marmozety zrekonstruowano w przestrzeni wirtualnej na podstawie danych uzyskanych za pomocą DTI-MRI z traktografią. Włókna istoty białej zawierają wiele ciągłych nici łączących różne obszary mózgu. Na strukturze całego mózgu widać także powiązania pomiędzy regionami
Za pomocą mikroskopii świetlnej (średni poziom rozdzielczości), wprowadzenia znaczników fluorescencyjnych i hybrydyzacji in situ badana będzie ekspresja genów odpowiedzialnych za występowanie i rozwój patologii mózgu, a także funkcji fizjologicznych, takich jak widzenie. Wykorzystując adenowirusy, grupa wprowadzi geny do syntezy różnych białek fluorescencyjnych (białka te świecą pod wpływem promieniowania o określonej długości fali), a tym samym będzie śledzić neurony, rozmieszczenie ich aksonów i połączenia z innymi komórkami. Dodatkowo, specjalnie na potrzeby opracowania map, stworzone zostaną unikalne szczepy marmozet, które posiadają defekt w jednym lub większej liczbie genów związanych z organizacją funkcjonowania mózgu.