מדענים גלה כיצד "לפרוץ את המוח" מבלי להזדקק לכירורגיה

שפע של מדע לגיטימי - כמו גם הרבה מדע בדיוני - דן בדרכים "לפרוץ למוח". מה שבאמת אומר, רוב הזמן - אפילו בדוגמאות הבדיוניות - כרוך בניתוח, פותח את הגולגולת כדי להשתיל חוטים או מכשירים פיזית לתוך המוח.

אבל זה קשה, מסוכן, וקטלני. זה יהיה חכם יותר לעבוד עם המוח ללא צורך לפתוח גולגלות המטופלים. הפרעות נוירולוגיות שכיחות, המשפיעות על יותר ממיליארד אנשים ברחבי העולם, בכל הגילאים, המגדרים, ורמת ההשכלה וההכנסה. המחקר של צוות ההנדסה העצבית שלי, כחלק ממאמץ רחב יותר על פני המשמעת הביו-הנדסית, פועל להבנה והקלות של תפקודים נוירולוגיים שונים, כגון טרשת נפוצה, הפרעת ספקטרום האוטיזם ומחלת אלצהיימר.

אתה אולי גם אוהב: וידאו מראה המוח מחט זה להיות נבדק על בני אדם

זיהוי והשפעה על פעילות המוח מחוץ לגולגולת יכול בסופו של דבר לאפשר לרופאים לאבחן ולטפל במגוון רחב של מחלות מערכת העצבים מתישה והפרעות נפשיות ללא ניתוח פולשני.

ראה גם: היפוך זיכרון אובדן עשוי להיות אפשרי עם השימוש של "מולקולות טיפולית"

חיבורים אלחוטיים בתוך המוח

הקבוצה שלי מאמינה שאנחנו הראשונים שגילו תאי עצב חדשים לתקשר זה עם זה. עצבים ידועים להתחבר דרך קישורים פיזיים - או מה יכול להיקרא חיבורים "קווית" - שבו האקסונים של תא עצב אחד שולחים אותות חשמליים וכימיים לדנדריטים של תא שכנה.

המחקר שלנו מצא כי תאי עצב גם לתקשר באופן אלחוטי, באמצעות פעילות חוטית כדי ליצור שדות חשמליים זעירים משלהם, חישה השדות התאים הסמוכים ליצור. זה יוצר את האפשרות של מסלולים עצביים רבים יותר והוא יכול לעזור להסביר מדוע חלקים שונים של המוח להתחבר כל כך מהר במהלך ביצוע משימות מסובכות.

הצלחנו לפקח על שדות חשמליים אלה מחוץ הגולגולת, האזנה יעילה על תקשורת העצבים. אנו מקווים כי יעזור לנו למצוא קשרים חלופיים ובריאים לעצבים שנפגעו מטרשת נפוצה, או לאזן מחדש את פעילות העצבים עקב הפרעת ספקטרום האוטיזם, או נוירונים ראשוניים, כדי לירות יחד בדפוסים ספציפיים ולשחזר זיכרונות ארוכי טווח שאבדו כתוצאה מחלת אלצהיימר.

באופן ספציפי, מצאנו כאשר סיבי עצב מבודדים או מיאלינטיים במוח פעילים ושולחים אותות לאורכו הידועים כפוטנציאל פעולה, אזורים מיוחדים לאורכו יוצרים שדה חשמלי קטן מאוד. האזורים הסלולר שבהם זה קורה, הנקראים צמתים של Ranvier, מתנהגים כמו אנטנות קטנות שיכולים לשדר ולקבל אותות חשמליים.

כל הפרעה בין שני מבנים מיוחדים מאוד - נדן המיאלין או הצומת של Ranvier - לא רק תוצאות בתפקוד נוירולוגי, אבל השדה החשמלי שמסביב משתנה.

הקשבה לעצבים

האתגר הטכנולוגי כרוך דווקא במיקוד חלקים ספציפיים של המוח להאזין. המכשיר צריך לקבל אותות מאזורים בערך בקוטר של שיער אדם, כמה סנטימטרים עמוק בתוך המוח.

אחת הדרכים היא להציב מספר קטן של תיקוני אנטנה גמישים על הגולגולת כדי ליצור את מה שאנו מכנים "עדשת מוח". השוואת הקריאות ממספר טלאים מאפשרת לנו לכוון בצורה אלקטרונית בדיוק את העצבים להאזין. אנו מתכננים ומנסים עם חומרים מתמטיים - חומרים המהונדסים ברמה המולקולרית - טובים במיוחד בהפעלת אנטנות בעלות דיוק גבוה, שניתן לכוונן אותן על מנת לקבל אותות ממיקומים ספציפיים.

ללא כאב, אבל פוטנציאל רווח גדול

על ידי הקשבה על תקשורת אלחוטית בין עצבים, אנו יכולים לזהות אזורים של המוח שבו שדות חשמליים מצביעים על בעיות. המאפיינים המפורטים של פעילות העצבים - או חוסר פעילות - יכולים להציע רמזים לגבי הבעיה הספציפית המתרחשת במוח. ממצאים אלה יכולים לסייע באבחון של מצבים רפואיים פוטנציאליים בקלות רבה יותר מאשר בשיטות הקיימות.

למשל, במקרה של מטופלת אחת, אישה בת 38 נקרא "ביאנקה", שאובחנה עם טרשת נפוצה, מחלה ניוונית של המוח וחוט השדרה שאין להם תרופה ידועה. מערכות החיסון של מחלת טרשת נפוצה פוגעות במעטפת המיאלין בין הצמתים של Ranvier, דבר הגורם לבעיות תקשורת בין המוח לשאר חלקי הגוף. נזק זה משנה באופן קיצוני את הפעילות בעצבים המושפעים.

כדי לפקח על ההתקדמות של המחלה שלה, ביאנקה יש הברזים בעמוד השדרה כדי לראות אם נוזל השדרה שלה יש רמות גבוהות של נוגדנים מסוימים הקשורים MS. יש לה גם סריקות MRI כדי לחשוף את האזורים במוחה שבו המיאלין פגום, ויעמוד בדיקות נוספות כדי לקבוע כמה מידע זורם במהירות דרך מערכת העצבים שלה.

שימוש במכשיר עדשה במוח יאפשר לרופאים לפקח על מוחו של ביאנקה ללא ברזים בעמוד השדרה מכאיבים ובדיקות CT. זה אולי יום אחד לאפשר ביאנקה לפקח על המוח שלה ולשלוח את הנתונים למומחה שלה להערכה.

טיפול תרופתי ללא תרופות וכירורגיה

בנוסף, אנו מקווים כי הגישה שלנו יכולה להוביל טיפולים חדשים כי הם גם יותר קל על המטופלים. כרגע, ביאנקה לוקחת כמה תרופות שנושאות סיכוני בריאות משמעותיים ולעתים קרובות גורמים לה להרגיש בחילה ועייפות. היא אחת מני רבות, שרוצות לנסות אופציה טיפולית אחרת.

עבודה זו מתכננת ללכת מעבר לזהות את אזורי המוח שלה שבו שדות חשמליים מצביעים על תנאים לא בריאים. בהשראת ניהול רשת מחשבים ורשתות דיגיטליות מתקדמות, אשר המסלול מסמן סביב אזורים פגומים או מופרעים, אנו מפתחים שיטה שבאמצעותה מערכת תיקון הקרקפת שלנו יכול לשלוח הודעות לתוך המוח גם כן.

ראה גם: ממשק מחשב-מוח יכול לתרגם מחשבות פשוטות לדיבור

כל סיב עצב פגום הוא בדרך כלל אחד מאלפים ארוזים יחד לתוך מערכת של סיבי עצב שבו סיבי עצב השכנה הם בדרך כלל בריאים. המכשיר שלנו יכול לעזור לזהות אתרים עם נזק myelin ופעל אלה סיבי עצב בחזרה לפני נקודת הנזק, כדי להרים את האותות שלהם מופרע. אז היינו משתמשים בעדשות המוח כדי להעביר שדות חשמליים משלימים למוח, לשלוח אותם סימנים בריאים לאזורים סביב נזק myelin, כדי לעודד סיבי עצב השכנה לשאת את ההודעות סיבים פגומים לא יכול.

עד כה, הצלחנו לדמות גישה זו בסביבת מחשוב-על שבה פרמטרים של עצב מוח סופקו על-ידי מעבדות מחקר קליניות. בחודשים הקרובים, נבנה ונבחן אב טיפוס של עדשות מוח. הקשבה למוח ותקשורת עם זה מציעה קבוצה חדשה ומרתקת של אפשרויות לאבחון וטיפול רפואי ללא ניתוח.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי סלבטורה דומניק Morgera. קרא את המאמר המקורי כאן.