편집자 주 : 이 주간 시리즈에서 LiveScience는 기술이 어떻게 과학적 탐구와 발견을 이끌어 내는지 탐구합니다.
인간의 경험은 뇌에 의해 정의되지만이 3 파운드에 대해서는 많은 부분이 있습니다. 장기는 수수께끼로 남아 있습니다. 그럼에도 불구하고, 뇌 영상에서 뇌-컴퓨터 인터페이스에 이르기까지 과학자들은 마음 속을 들여다 볼 수있는 기술을 개발하는 데 큰 진전을 이루었습니다.
뇌 영상
현재 뇌를 연구하는 과학자들은 그것의 구조 나 기능을 볼 수 있습니다. 구조 이미징에서 기계는 예를 들어 종양이나 혈액 응고를 진단하는 데 사용할 수있는 뇌의 대규모 해부학 적 스냅 샷을 찍습니다. 기능 이미징은 뇌의 역동적 인 시각을 제공하여 사고와 인식 중에 어떤 영역이 활성화되어 있는지 보여줍니다.
구조 이미징 기술에는 CAT 스캔 또는 전산화 축 단층 촬영이 포함되며, 머리에서 X- 선을 여러 각도로 비추어 뇌를 통해 슬라이스 이미지를 촬영합니다. 예를 들어 CAT 또는 CT 스캔은 종종 뇌 손상을 진단하는 데 사용됩니다. 또 다른 방법 인 양전자 방출 단층 촬영 (PET)은 뇌의 2D 및 3D 이미지를 생성합니다. 혈액에 주입 된 방사성 표지 화학 물질은 스캐너가 감지하는 감마선을 방출합니다. 그리고 자기 공명 영상 (MRI)은 강한 자기장 내에서 원자의 자기 스핀을 측정함으로써 뇌의 전체 구조를 보여줍니다.
노스 캐롤라이나 대학교 채플 힐의 방사선 학자이자 미국 신경 외과 학회지 편집인 인 모리시오 카스티요 (Muricio Castillo) 박사는“MRI가 뇌를 보는 가장 좋은 방법이라는 데는 의문의 여지가 없다”고 말했다.
기능 이미징의 영역에서, 현재의 금 표준은 기능 MRI (fMRI)입니다. 이 기술은 단어를 읽거나 그림을 보는 것과 같은 작업을 수행 할 때 영역이 활성화되는 프록시로서 다른 뇌 영역으로의 혈류 변화를 측정합니다.
카 스틸로는 "현재 강조점은 뇌가 어떻게 피질의 활성화와 연결되어 있는지를 통합하는 것"이라고 말했다.
뇌 구조와 기능을 병합하기 위해 여러 가지 방법을 결합 할 수 있습니다. 예를 들어, MRI 및 PET 스캐닝이 동시에 수행 될 수 있고, 이미지는 뇌의 해부학 적 맵 상에 중첩 된 생리적 활동을 나타 내기 위해 결합 될 수있다. 최종 결과는 외과의에게 뇌 병변의 위치를 알려 주어 제거 할 수 있다고 Castillo는 말했다.
최근에 뇌 내부를 문자 그대로 볼 수있는 새로운 기술이 개발되었습니다. CLARITY (원래 투명 지질-교환 된 아크릴 아미드-혼성화 된 강성 이미징 / 면역 염색 / 제자리 혼성화 호환 조직-하이드로 겔)에 대해, 그것은 구조를 그대로 유지하면서 (생존하지 않는) 뇌를 빛에 투명하게 만들 수있다. 이 기술은 이미 성인 마우스 뇌의 신경 배선을 시각화하는 데 사용되었습니다.
생각을 해독
일부 과학자들은 뇌 내부를보다 비 유적으로보고 싶어합니다. 뇌 신호를 컴퓨터 나 인공 팔다리와 같은 외부 장치에 연결하는 뇌 컴퓨터 인터페이스 (BCI 또는 BMI, 뇌 기계 인터페이스)를 입력합니다. BCI는 두피에 놓인 전극으로 구성된 비 침습적 시스템에서 뇌 자체에 전극을 이식해야하는 더 침습적 인 것까지 다양합니다.
비 침습성 BCI에는 두피 기반 뇌파 검사 (EEG)가 포함되는데,이 뇌파는 넓은 뇌 영역에서 많은 뉴런의 활동을 기록합니다. EEG 기반 시스템의 장점은 수술이 필요하지 않다는 것입니다. 반면에 이러한 시스템은 일반화 된 뇌 활동 만 감지 할 수 있으므로 사용자는 하나의 작업에만 자신의 생각을 집중시켜야합니다.
보다 침습적 인 시스템은 ECoG (electrocorticography)를 포함하며 뇌의 표면에 전극을 이식하여 피질의 뇌파 신호를 기록합니다. Wilder Penfield와 Herbert Jasper는 1950 년대 초에이 기술을 개척 한 이래 간질 발작이 시작되는 뇌 영역을 식별하는 데 사용되었습니다.
일부 BCI는 뇌의 피질 안에 이식 된 전극을 사용합니다. 이 시스템은 더 침습적이지만 훨씬 더 나은 해상도를 가지며 개별 뉴런이 보내는 신호를 포착 할 수 있습니다. BCI는 이제 마비가있는 사람 (사지 모두 마비)이 생각만으로 로봇 팔을 제어하거나, 사용자가 단지 마음을 사용하여 컴퓨터 화면에서 단어를 철자하도록 허용 할 수 있습니다.
많은 발전에도 불구하고 뇌에 대해 많은 것이 알려지지 않았습니다. 이러한 차이를 해소하기 위해 미국 과학자들은 4 월 버락 오바마 대통령이 발표 한 브레인 이니셔티브 (Brain Research, Advancing Innovative Neurotechnologies)를 통해 인간의 뇌를지도 화하는 새로운 프로젝트를 시작하고있다.
그러나 신경 과학자들은 자신의 연구를 잘랐습니다. 카스티요는“뇌는 아마도 우주에서 가장 복잡한 기계 일 것이다. "우리는 여전히 그것을 이해하는 데 먼 길입니다."
