С помощью данных, собранных с внутричерепных электродов, имплантированных пациентам с эпилепсией, исследователи из Школы биомедицинской инженерии, науки и систем здравоохранения Дрекселя получают редкий доступ к мозгу в надежде обнаружить точную модель активности, которая производит воспоминания.
Какой у тебя был талисман в старшей школе?? Куда вы положили ключи прошлой ночью?? Кто был первым президентом США?
Группы нейронов в вашем мозгу в настоящее время посылают электромагнитные ритмы по установленным путям, чтобы вы могли вспомнить ответы на каждый из этих вопросов. Исследователи из Школы биомедицинской инженерии, науки и систем здравоохранения Дрекселя теперь редко заглядывают в мозг, чтобы обнаружить точную модель активности, которая производит воспоминания.
Доктор. Джошуа Джейкобс, профессор Школы биомедицинской инженерии, науки и систем здравоохранения Дрекселя, анализирует данные, полученные от 60 пациентов с эпилепсией, которым имплантировали электроды в мозг, чтобы определить причины их эпилептических эпизодов.
"При картировании приступов хирурги имплантируют электроды во многие области мозга во время поиска судорожной активности," Джейкобс сказал. "Таким образом, многие электроды оказываются в нормальной мозговой ткани, и они измеряют нейронную активность, которая отражает нормальную функцию мозга – это функция, которую мы изучаем, чтобы узнать о природе рабочей памяти."
Взгляд на мозг в высоком разрешении
Этот тип исследования уникален, потому что исследователи, по сути, изучают более подробную картину мозга, чем те, которые получены с помощью более распространенной электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ).
"Поскольку электроды имплантируются непосредственно на поверхность мозга внутри черепа, они измеряют активность мозга более точно, чем неинвазивные методы, такие как ЭЭГ или МРТ," Джейкобс сказал. "Это позволяет выявить более подробные паттерны мозга, чем можно наблюдать с помощью внешней записывающей технологии."
Джейкобс приравнивает свою исследовательскую технику к использованию набора микрофонов для записи оркестра. Если каждый микрофон расположен рядом с отдельным инструментом, запись будет лучше, чем если бы микрофоны были вне здания.
Ментальная машина времени
Джейкобс и его научные сотрудники отслеживают активность мозга пациентов, связанную с памятью, двумя способами.
Во-первых, некоторые испытуемые записывают активность мозга возле электродов, задавая пациентам ряд вопросов, направленных на то, чтобы они использовали свою активную память. Подсказки включают упражнения, такие как чтение последовательности букв или цифр или запоминание информации о наборах, которые им предъявляются. Процесс выработки этих ответов активирует части мозга, отвечающие за рабочую или краткосрочную память.
Что касается других субъектов, исследователи добавляют электрический стимул к различным наборам электродов, опрашивая пациента и записывая влияние введенных стимулов на ответы пациентов.
В недавнем исследовании представилась редкая возможность объединить два типа мониторинга мозга и сбора данных. Это испытание, которое привело к одному из самых интересных открытий Джейкобса на данный момент.
"Мы исследовали редкое, но увлекательное явление, как подача электрического тока на поверхность мозга пациента заставляет его вспоминать старые воспоминания," Джейкобс сказал.
Во время серии сеансов тестирования с одним пациентом исследователи стимулировали область мозга пациента, которая вызвала его школьные воспоминания.
Через неделю Джейкобс задал пациенту ряд вопросов, в том числе о школьном опыте и людях из старшей школы, одновременно наблюдая за мозговой активностью. Он обнаружил, что области мозга, которые он стимулировал, чтобы вызвать у пациента воспоминания о средней школе, были теми же областями, которые реагировали, когда пациента просили самостоятельно вспомнить информацию о средней школе.
"Проведя этот уникальный эксперимент, сочетающий стимуляцию мозга и нормальные записи без стимуляции, наши результаты показывают, что стимуляция вызывает восстановление памяти, когда она возвращает мозг в прежнее состояние мозга, соответствующее воспоминанию," Джейкобс сказал. "Таким образом, стимуляция вызывает своего рода нейронное путешествие во времени."
Движение вперед, размышляя о прошлом
Джейкобс уже третий год занимается исследованиями в Пенсильванском университете, больнице Джефферсона и медицинском центре Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. На данный момент он изучил 60 субъектов, но исследование уже дало некоторые интригующие результаты, в том числе открытие памяти в средней школе, которое Джейкобс недавно опубликовал в Journal of Cognitive Neuroscience и представил в Обществе нейробиологии.
Один из способов, которым работа Джейкобса может оказаться полезной в исследованиях психического здоровья, – это помочь ответить на вопросы о природе шизофрении. Недавний грант от Brain & Ученый совет Фонда исследования поведения поручил Джейкобсу исследовать связь между нарушениями в проводящих путях оперативной памяти и шизофренией.
"Забегая вперед, мне интересно охарактеризовать, как человеческий мозг представляет ряд различных воспоминаний, и, в частности, определить степень, в которой отдельные воспоминания хранятся в отдельных специализированных областях мозга или представлены ли воспоминания во всем мозге," Джейкобс сказал.