Εμφύτευμα εγκεφάλου: αγγίζοντας το υπέρυθρο φως

Οι αρουραίοι δεν μπορούν να δουν το υπέρυθρο φως αλλά κατάφεραν να το "αγγίξουν" σε ένα εργαστήριο του Duke University.











Ο νευροβιολόγος Miguel Nicolelis και η ομάδα του από το Duke University της βόρειας Καρολίνας, κατάφεραν να εγκαταστήσουν μια συσκευή ανίχνευσης υπέρυθρων ακτίνων σε κεφάλι αρουραίων. Οι υπέρυθρες ακτίνες είναι αόρατες στα μάτια των τρωκτικών, παρ’όλα αυτά οι επιστήμονες συνέδεσαν τον ανιχνευτή με ηλεκτρόδια στο σωματαισθητικό φλοιό – ένα μέρος του εγκεφάλου που επεξεργάζεται πληροφορίες σχετικά με την αίσθηση της αφής. Με αυτό τον τρόπο οι αρουραίοι μπόρεσαν τελικά να αντιληφθούν το αόρατο φως χρησιμοποιώντας την αίσθηση της αφής.

«Αντί να βλέπουν, οι αρουραίοι έμαθαν να αγγίζουν το φώς», λέει ο Nicolelis.

Το κραδασμικό γένι (μουστάκι) των τρωκτικών είναι ένα ιδιαίτερα ευαίσθητο όργανο αφής, που είναι πολύ χρήσιμο για την αντίληψη του περιβάλλοντός τους και λειτουργεί παρόμοια με τα δάχτυλα στα πρωτεύοντα θηλαστικά. Όταν ένας αρουραίος ανιχνεύει το περιβάλλον του, χρησιμοποιεί συνεχώς τα μουστάκια σαν δάχτυλα για να αναγνωρίσει τα αντικείμενα. Η κίνηση στα μουστάκια διεγείρει τα νεύρα που ξεκινούν από το ρύγχος, τα οποία μεταφέρουν αισθητηριακά μηνύματα στο σωματαισθητικό φλοιό και πιο συγκεκριμένα, σε ένα κομμάτι που ονομάζεται κυλινδρικός φλοιός.










Οι νευρώνες του φλοιού  σχηματίζουν τα τοιχώματα του κυλίνδρου (σκούρο μπλέ), ενώ το εσωτερικό (γαλάζιο) είναι γεμάτο από νευρικές ίνες που μεταφέρουν τα μηνύματα από τα μουστάκια. Η αντιστοιχία μεταξύ κυλίνδρων και μουστακιών είναι φανερή: υπάρχουν περίπου τριάντα τρεις κύλινδροι σε κάθε πλευρά του εγκεφάλου, σε διάταξη που αντιστοιχεί ακριβώς τη διάταξη των μουστακιών στην αντίθετη πλευρά του ρύγχους. Επειδή τα τρωκτικά βασίζονται πολύ σε αυτά τα αισθητήρια όργανα, ένα μεγάλο μέρος του εγκεφαλικού φλοιού τους καταγίνεται στην ανάλυση των σημάτων που έρχονται από τα μουστάκια.

«Μια από τις κύριες αδυναμίες της εγκεφαλικά-ελεγχόμενης νευροπροσθετικής είναι ότι οι ασθενείς δεν μπορούν να αισθανθούν την υφή της αφής τους», λέει ο Nicolelis. Στόχος του είναι να δώσει στους τετραπληγικούς όχι μόνο τη δυνατότητα να κινούν τα άκρα τους αλλά και να αισθάνονται την υφή των αντικειμένων που τοποθετούνται στο χέρι τους ή και τις αποχρώσεις του εδάφους κάτω από τα πόδια τους

Η ομάδα του Nicolelis εξετάζει τεχνολογίες που επιτρέπουν την σύνδεση του εγκεφάλου μέσω εξωτερικών ηλεκτροδίων με νευροπροσθετικές συσκευές. Αυτές οι συσκευές είναι παρόμοιες με τον ανιχνευτή υπέρυθρων ακτίνων που περιγράφουμε παραπάνω και δίνουν τη δυνατότητα σε ασθενείς να ελέγξουν τα άκρα τους, τόσο τα πραγματικά όσο και τα εικονικά, χρησιμοποιώντας μόνο το μυαλό τους. Η ίδια ομάδα επιστημόνων έχει δείξει ότι οι πίθηκοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν την ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου τους για να καθοδηγήσουν τα εικονικά χέρια ενός avatar, να αγγίξουν εικονικά αντικείμενα και να αναγνωρίσουν την υφή τους.

Η τελευταία μελέτη του εργαστηρίου που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, δείχνει ότι οι φλοιοί των αρουραίων ανταποκρίνονται τόσο στην προσομοίωση της αίσθησης της αφής που δημιουργείται από τους υπέρυθρους αισθητήρες φωτός, όσο και την ίδια την αφή της τρίχας στο μουστάκι - λες και ο φλοιός διαιρείται ομοιόμορφα ώστε να επεξεργαστεί και τους δύο τύπους πληροφοριών.

Οι επιστήμονες παρατήρησαν αρχικά ότι όταν μία από τις τρεις πηγές υπέρυθρου φωτός είναι ενεργοποιημένη, οι αρουραίοι αρχίζουν να τρίβουν τα μουστάκια τους, δίνοντας ένδειξη ότι έχουν αισθητηριακή επαφή με το φώς. Μετά από ένα μήνα εκπαίδευσης, έμαθαν να συνδέουν την αίσθηση αυτή με τις πηγές φωτός και ήταν σε θέση να βρουν με εξαιρετική ακρίβεια ποιά ήταν ενεργοποιημένη. Ένας πίθηκος έκτοτε έμαθε επίσης να εκτελεί την ίδια εργασία.






Η μελέτη αυτή έδειξε ότι ένα τμήμα του εγκεφάλου το οποίο έχει σχεδιαστεί για να επεξεργάζεται ένα είδος αισθητηριακής πληροφορίας μπορεί ενδεχομένως να ερμηνεύσει και άλλα είδη πληροφοριών. Αν και οι περισσότερες δημοσιεύσεις στο διαδίκτυο κάνουν αναφορά για μια ‘έκτη αίσθηση΄, η ερμηνεία αυτή είναι άτοπη για τον λόγο του ότι η συσκευή ανίχνευσης που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα βασίζεται σε μια ήδη υπάρχουσα αίσθηση - την αφή.

Ο Dr. Nicolelis αναφέρει ότι η υπέρυθρη ανίχνευση θα μπορούσε να κατασκευαστεί ως ένα είδος εξωσκελετού έτσι ώστε οι ασθενείς που φορούν το κοστούμι θα μπορούσαν να έχουν αισθητηριακές πληροφορίες σχετικά με το πού είναι τα άκρα τους και το πώς αισθάνονται τα αντικείμενα όταν τα αγγίζουν.

Η νευροπροσθετική και οι συσκευές αλληλεπίδρασης υπολογιστών και νευρικού ιστού προσφέρουν νέες ελπίδες για την αποκατάσταση της λειτουργικότητας των ασθενών μετά από τραύμα, εγκεφαλικά επεισόδια ή άλλες νευροεκφυλιστικές παθήσεις. Ήδη έχουν δημιουργηθεί υλικά όπως ολοκληρωμένα κυκλώματα επεξεργαστών που είναι φιλικά στους νευρικούς ιστούς και αφομοιώνονται από αυτούς, έχουν ελάχιστη ανάγκη για παροχή εξωτερικής ενέργειας για να λειτουργήσουν (ή λειτουργούν με τη θερμότητα του σώματος) και αλληλεπιδρούν με τα νευρικά κύτταρα.


Αρθρογραφεί ο Γιώργος Ελευθεριάδης [Planitikos Team]

Πηγή: Eric E. Thomson, Rafael Carra, Miguel A.L. Nicolelis. Perceiving invisible light through a somatosensory cortical prosthesis. Nature Communications, 2013. Pubmed ID: 23403583

Creative Commons License

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου