과학자들은 수술을하지 않고 "뇌를 해킹"하는 방법을 발견합니다.

합법적 인 과학은 물론 많은 공상 과학 소설을 통해 "두뇌를 해킹"하는 방법을 논의합니다. 실제로 그 의미는 대부분 허구의 예에서도 - 수술을 포함하고, 두개골을 열어 물리적으로 와이어 또는 장치를 삽입합니다 뇌에.

그러나 그것은 어렵고 위험하며 잠재적으로 치명적입니다. 환자의 두개골을 열 필요없이 뇌와 함께 일하는 것이 더 똑똑합니다. 신경 학적 장애는 흔히 발생하며 전 세계적으로 10 억 명이 넘는 모든 연령대, 성별, 교육 수준 및 소득 수준에 영향을 미칩니다. 내 신경 공학 팀의 연구는 생물 공학 분야 전반에 걸친 광범위한 노력의 일환으로 다발성 경화증, 자폐증 스펙트럼 장애 및 알츠하이머 병과 같은 다양한 신경계 기능 장애를 이해하고 완화하는 방향으로 진행되고 있습니다.

또한 다음과 같이 생각할 수도 있습니다. 비디오는 인간에게 테스트되는 뇌 바늘을 보여줍니다.

두개골 외부에서 두뇌 활동을 확인하고 영향을 미침으로써 의사는 결국 침습적 수술없이 다양한 쇠약 신경계 질환 및 정신 질환을 진단하고 치료할 수있게됩니다.

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두뇌 내의 무선 연결

우리 그룹은 우리가 신경 세포가 서로 의사 소통하는 새로운 방법을 처음 발견했다고 믿습니다. 신경은 물리적 연결을 통해 연결되는 것으로 잘 알려져 있습니다. 즉, 하나의 신경 세포의 축삭이 인접한 세포의 수상 돌기에 전기 및 화학 신호를 보내는 "유선"연결이라고 할 수 있습니다.

우리의 연구에 따르면 신경 세포는 유선 활동을 사용하여 작은 전기장을 만들고 인접한 세포가 생성하는 필드를 감지하여 무선으로 통신합니다. 이것은 더 많은 신경 경로의 가능성을 만들어 내며 복잡한 작업을 수행하는 동안 두뇌의 다른 부분이 너무 빨리 연결되는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

우리는 두개골 바깥에서이 전기장을 모니터하여 효과적으로 신경 전달을 들었습니다. 우리는 다발성 경화증으로 손상된 신경을 대체하거나 건강한 연결을 찾거나 자폐 스펙트럼 장애로 인해 신경 활동을 재조정하거나 알츠하이머 병의 결과로 잃어버린 장기 기억을 특정 패턴으로 함께 발화시키는 데 도움이되기를 바랍니다..

특히 우리는 뇌의 절연되거나 수초로 둘러싸인 신경 섬유가 활동적 일 때 활동 전위로 알려진 길이의 신호를 전송할 때 특정 영역의 길이가 매우 작은 전기장을 생성한다는 것을 발견했습니다. 랜비에 (Ranvier)라는 노드라고 불리는이 곳의 세포 지역은 전기 신호를 전송하고 수신 할 수있는 작은 안테나처럼 작동합니다.

두 개의 고도로 전문화 된 구조 - 수초 (myelin sheath) 또는 Ranvier의 노드 -의 모든 장애는 신경 학적 장애를 가져올뿐만 아니라 주변 전기장도 바뀝니다.

신경 듣기

기술적 인 문제는 뇌의 특정 부위를 정확히 타겟으로하여 청취하는 것입니다. 장치는 인간의 머리카락 직경 대략 몇 센티미터 정도의 영역에서 신호를 수신해야합니다.

한 가지 방법은 우리가 "두뇌 렌즈"라고 부르는 것을 생성하기 위해 두개골에 작은 수의 유연한 안테나 패치를 배치하는 것입니다. 여러 패치의 판독 값을 비교하면 정확하게 신경을 전자식으로 타겟팅 할 수 있습니다. 우리는 매우 특정한 위치에서 신호를 수신하도록 조정할 수있는 고정밀 안테나로서 특히 잘 작동하는 메타 물질 (분자 수준에서 엔지니어링 된 물질)을 설계하고 실험하고 있습니다.

고통은 없지만 잠재적으로 큰 이득

신경 사이의 무선 통신을 청취함으로써 우리는 전기장에 문제가 있음을 나타내는 뇌 영역을 확인할 수 있습니다. 신경 활동의 상세한 특성 - 또는 활동의 부족 -은 뇌에서 어떤 특정한 문제가 발생하고 있는지에 대한 단서를 제공 할 수 있습니다. 이러한 결과는 현재의 방법보다 훨씬 쉽게 잠재적 인 의학적 상태를 진단하는 데 도움이 될 수 있습니다.

예를 들어 한 환자의 실제 사례에서 우리는 다발성 경화증으로 진단 된 "비앙카"라고 알려진 38 세 여성, 뇌의 퇴행성 질환 및 치료법이 알려지지 않은 척수를보십시오.. 다발성 경화증 환자의 면역 체계는 란 비어 (Ranvier) 노드 사이에서 미엘린 덮개를 손상시켜 뇌와 신체의 나머지 부분 사이의 통신 문제를 일으 킵니다. 이 손상은 영향을받는 신경에서의 활동을 근본적으로 바꿉니다.

그녀의 질병의 진행 상태를 모니터하기 위해 Bianca는 척수에 MS와 관련된 특정 항체가 많이 존재하는지 확인하기 위해 척수를가집니다. 그녀는 또한 myelin이 손상된 부위를 밝히기 위해 MRI 검사를 받았고, 신경계에 얼마나 빠른 정보가 흐르고 있는지를 결정하기 위해 추가적인 검사를 받게됩니다.

뇌 렌즈 장치를 사용하면 의사는 고통스러운 척수 도핑과 불편하고 시간이 많이 소요되는 MRI 및 CT 스캔없이 비안카의 뇌를 모니터링 할 수 있습니다. 비앙카는 자신의 뇌를 모니터하고 평가를 위해 전문가에게 데이터를 전송할 수 있습니다.

약물 및 수술을 사용하지 않는 치료 요법

또한 우리의 접근 방식이 환자에게 더 쉬운 새로운 치료법으로 이어질 수 있기를 희망합니다. 현재 비앙카는 건강에 위험을 줄 수있는 약물을 복용하고 있으며 종종 구토 증세와 피로를 느끼게합니다. 그녀는 다른 치료법을 시도하려는 많은 사람들 중 한 명입니다.

이 연구는 전기장이 건강에 좋지 않은 조건을 나타내는 뇌의 영역을 확인하는 것 이상의 것을 계획하고 있습니다. 컴퓨터 네트워크 관리 및 첨단 디지털 네트워크에 영감을 받아 손상되거나 중단 된 영역 주변의 신호를 라우팅하여 두피 패치 시스템이 뇌에 메시지를 보낼 수있는 방법을 개발하고 있습니다.

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각각의 손상된 신경 섬유는 일반적으로 이웃 신경 섬유가 일반적으로 건강한 신경 섬유의 영역으로 함께 포장 된 수천 중 하나입니다. 우리의 장치는 수초 손상이있는 부위를 식별하고 손상 전의 신경 섬유를 따라 가며 방해받지 않은 신호를 찾아 낼 수 있습니다. 그런 다음 우리는 두뇌 렌즈를 사용하여 보완적인 전기장을 뇌에 전달하여 미엘린 손상 주변의 건강한 신호를 전송하여 이웃 신경 섬유에 손상된 섬유가 전달할 수없는 메시지를 전달하도록 장려합니다.

지금까지 우리는 임상 연구 실험실에서 뇌 신경 매개 변수를 제공 한 수퍼 컴퓨팅 환경에서이 접근법을 시뮬레이션 할 수있었습니다. 앞으로 몇 달 안에 우리는 뇌 렌즈 프로토 타입을 만들고 테스트 할 것입니다. 뇌를 듣고 의사 소통을하면 수술 없이는 의학적 진단 및 치료를위한 새로운 가능성이 제공됩니다.

이 기사는 Salvatore Domenic Morgera의 The Conversation에 처음 게시되었습니다. 여기에 원본 기사를 읽으십시오.