Jak věda zkoumá mozek

Samozřejmě, nejsmysluplnější a nejasný orgán v našem těle je mozek. Je zdrojem našich myšlenek, našich emocí a paměti. Sleduje vše, co se děje uvnitř našeho těla, díky tomu, že překonává srdce, krevní toky a plíce, pracují bez vědomé snahy z naší strany. Kromě toho je zodpovědný za veškeré vědomé úsilí, které děláme. Jedná se o jakýsi originální superpočítač.

Když je plod v děloze jen 4 týdny, mozkové buňky se tvoří ve výši čtvrt milionu za minutu. Nakonec miliardy neuronů vzájemně spolupracují a vytvářejí trilióny spojení. Bez mozku ovládat tělo a život nebude možné.

Naštěstí nám lidský mozek přináší pozoruhodnou schopnost a příležitost prozkoumat ji. Studie mozku dala obrovské výsledky a pomohla nám lépe znát sebe.

Počítačová tomografie

Růst pokročilé lékařské technologie byl zásadním průlomem v oblasti výzkumu mozku. Mnoho metod skenování mozku má své kořeny v sedmdesátých letech, a to bylo v tomto desetiletí, že axiální výpočetní tomografie.

Pacienti podstoupí tento postup tím, že leží na úzkém lůžku umístěném ve speciální trubici, která se otáčí kolem lidského těla. Výsledkem je, že výzkumník obdrží spoustu rentgenových snímků z různých úhlů. Tyto obrazy se pak používají k získání průřezu kostního a tkáňového obrazu. Zatímco rentgenovým zářením je jeden obraz, například zlomenina kosti, tomografie je vícevrstvý 3-D obraz.

Jak to funguje v mozku? Vědci injekcí podají pacientovi látku založenou na jódu, která blokuje tvorbu rentgenových snímků. Pak následuje jeho cestu skrze mozek a překonává různé překážky. Stojí za zmínku, že za pomoci tohoto druhu tomografie lze dokonce detekovat duševní poruchy u lidí, včetně schizofrenie.

Navzdory skutečnosti, že tomografie je užitečná pro studium struktury mozku, výzkumníci vyvinuli další proces, který využívá magnetické pole, aby odborníkům poskytoval ještě detailnější obraz lidského mozku.

Zobrazování magnetickou rezonancí

V té době, jako X-ray technologie, ultrazvukem a počítačovou tomografii pomoci nám nahlédnout do těla, aniž by ve skutečnosti poškozuje její integritu, žádná z těchto metod nemohla nabídnout takovou podrobnou analýzu toho, jak by to mohlo vytvořit magnetické rezonance (MRI). S využitím vysokofrekvenčních pulsů a silného magnetického pole tato metoda otevřela nové obzory pro výzkum mozku.

Je zajímavé, že schopnost mozku provádět různé úkoly není vytesaná z kamene. Studie využívající technologii MRI studovala studenty s dyslexií před a po odborném ročním tréninku. Po absolvování programu studenti zvýšili aktivitu v oblasti mozku, která je zodpovědná za čtení. To znamená, že výkon konkrétního úkolu by mohl skutečně zlepšit mozkovou aktivitu oblasti, která se podílí na řešení problému.

MRI je také užitečné v jiných studiích. Například MRI identických a heterozygotních dvojčat pomohlo specialistům najít spojení mezi inteligencí a množstvím šedé hmoty v čelním laloku mozku. Další studie, kterou provedli vědci z univerzity v Montrealu, použila MRI ke studiu vlivu meditace na bolest. Odborníci zjistili, že lidé, kteří meditují, vědí o bolestí, nicméně části jejich mozku, které zpracovávají a interpretují svou bolest, jsou méně aktivní než lidé, kteří nemají meditují.

PET scan

Pozitronová emisní tomografie nám umožňuje vidět metabolickou funkci mozku na buněčné úrovni. To se provádí zavedením speciálního léku obsahujícího bezpečnou dávku radioaktivního materiálu. Lidé, kteří podstoupí tento postup během jakékoli činnosti (například číst nahlas nebo se snaží zapamatovat si nějaké informace) přitahují více krve do mozku a současně do radioaktivního materiálu. Skener připojený k počítači detekuje, že uvolnění energie z radioaktivní látky začalo, a zpracovává přijaté informace v 3-D. Tyto obrázky poskytují informace o průtoku krve, glukózy a kyslíku prostřednictvím tkání, což umožňuje lékařům a vědcům identifikovat tkáně a orgány, v jejichž práci dochází k poruchám.

Tím, že analyzuje množství glukózy jsou zpracovávány v každé oblasti mozku, výzkumníci zjistili, že mohou používat PET skeny předvídat s vysokou přesností pravděpodobnost některé problémy s pamětí v budoucnu.

Pomocí této techniky je také možné zjistit metabolickou nerovnováhu v mozku, která je zodpovědná za vývoj epilepsie a dalších problémů s nervovým systémem. Toto vyšetření také pomáhá lékařům identifikovat mrtvici a přechodné ischemické záchvaty.

Mimo jiné, tato metoda může pomoci lékařům rozeznat rozdíl mezi benigní a maligních nádorů mozku a je schopen přesně určit, do které části mozku se nepodařilo, což vedlo k zabavení.

Ačkoli všechny výše uvedené metody jsou neinvazivní, někdy výzkumníci potřebují uchýlit se k invazivním postupům, které doslova šokují.

Intrakraniální elektrofyziologie

Studium lidského chování, učebních procesů a funkcí mozku po mnoho let jde ruku v ruce s prováděním podobných postupů u myší a primátů. Je to způsobeno zřejmou genetickou podobností mezi druhy. Některé funkce jsou však charakteristické pouze pro člověka, například schopnost mluvit.

Jak je tomu často v procesu výzkumu mozku, studie jedné části může často dát zcela nečekané údaje o fungování jiného. Jedním z těchto studií byla implantace elektrod v mozku lidí s epilepsií. Cílem studie bylo zjistit, které části mozku mohou být staženy za účelem léčby epilepsie, aniž by narušovaly práci všech ostatních a bez poškození zdraví pacienta. Tento postup je známý jako intrakraniální elektrofyziologie. Jakmile lékaři implantovali elektrody, pacienti byli instruováni, aby mlčky probudili řadu slov, která viděli na obrazovce. Lékaři mezitím stanovili cestu a trvání elektrických impulzů v mozku, zatímco pacienti provedli úlohu.

Při použití intrakraniální elektrofyziologie vědci epilepsie zjistili, že k identifikaci slova lidský mozek potřebuje asi 200 milisekund. Dále poznamenal, že výslovnost slova o sobě trvá 320 milisekund, a shromažďovat informace potřebné pro výběr zvuků v mozku pronést jediné slovo, to znamená dalších 450 milisekund.

Inteligenční výzkum

Psychologové, pedagogové, filozofové a neurovědci dlouho argumentovali o tom, co je inteligence. Existuje jedna, kvantitativní, obecná inteligence, kterou lze měřit pomocí testů IQ? Nebo existuje několik forem a druhů inteligence? Které části mozku jsou za to zodpovědné?

V současné době nám technologie umožňují odpovědět na některé z těchto široce diskutovaných otázek. Pomocí různých zobrazovacích metod vědci v roce 2007 uspořádali “stanice” podél cesty, do níž vstupují informace do mozku. Věří, že inteligence souvisí přesně s tím, jak dobře a rychle prochází informace miliardovými sítěmi vytvořenými mozkovými buňkami. V důsledku toho odborníci zjistili, že nejdůležitějšími “stanicemi”, které jsou spojeny se zpracováním informací, jsou pozornost, paměť a jazyk.

To dokazuje skutečnost, že obecná inteligence není rozlišujícím znakem žádné části mozku. Naopak, schopnost mozku používat různé metody zpracování informací a propojit je a určuje, jak jsme inteligentní.