”Vi er nu i stand til at tippe på hjernen i det virkelige liv,” sagde Josef Parvizi, studiens seniorforfatter.
En hjerneregion, der aktiveres, når folk bliver bedt om at udføre matematiske beregninger i en eksperimentel indstilling, aktiveres på lignende måde, når de bruger tal - eller endda upræcise kvantitative udtryk, såsom "mere end" - i dagligdags samtale, ifølge en undersøgelse fra Stanford University School of Medicin forskere.
Billedkredit: agsandrew / Shutterstock
Ved hjælp af en ny metode indsamlede forskerne det første solide bevis for, at mønsteret for hjerneaktivitet, der ses hos nogen, der udfører en matematisk øvelse under eksperimentelt kontrollerede forhold, ligner meget det, der blev observeret, når personen deltager i kvantitativ tanke i løbet af dagligdagen.
”Vi er nu i stand til at tippe på hjernen i det virkelige liv,” sagde Josef Parvizi, MD, ph.d., lektor i neurologi og neurologiske videnskaber og direktør for Stanford's Human Intracranial Cognitive Electrophysiology Program. Parvizi er seniorforfatteren til undersøgelsen, der blev offentliggjort 15. oktober i Naturkommunikation. Undersøgelsens hovedforfattere er postdoktor Mohammad Dastjerdi, MD, ph.d. og kandidatstuderende Muge Ozker.
Fundet kan føre til "mind-reading" -applikationer, som for eksempel ville give en patient, der bliver slået til af et slagtilfælde, kommunikere via passiv tænkning.Det kan tænkes, at det også kan føre til mere dystopiske resultater: chipimplantater, der spionerer på eller endda kontrollerer folks tanker.
”Dette er spændende og lidt skræmmende,” sagde Henry Greely, JD, Deane F. og Kate Edelman Johnson professor i jura og styregruppeformand for Stanford Center for Biomedical Ethics, der ikke spillede nogen rolle i undersøgelsen, men er velkendt med dens indhold og beskrev sig selv som ”meget imponeret” af fundene. "Det viser for det første, at vi kan se, når nogen har tal med, og for det andet, at vi måske en dag måske kan manipulere hjernen til at påvirke, hvordan nogen håndterer tal."
Forskerne overvågede elektrisk aktivitet i en region i hjernen kaldet intraparietal sulcus, kendt for at være vigtig i opmærksomhed og bevægelse af øjne og hånd. Tidligere undersøgelser har antydet, at nogle nervecelleklynger på dette område også er involveret i numerositet, det matematiske ækvivalent til alfabetisme.
Imidlertid er de teknikker, som tidligere undersøgelser har brugt, såsom funktionel magnetisk resonansafbildning, begrænset i deres evne til at studere hjerneaktivitet i virkelige omgivelser og til at fastlægge den nøjagtige tidspunkt for nervecellernes fyringsmønstre. Disse undersøgelser har fokuseret på at teste kun en specifik funktion i et specifikt hjerneområde og har forsøgt at eliminere eller på anden måde tage højde for enhver mulig forvirrende faktor. Derudover skulle de eksperimentelle forsøgspersoner ligge mere eller mindre bevægelsesfri i et mørkt, rørformet kammer, hvis stilhed blev præget af konstante, høje, mekaniske, stødende lyde, mens billeder blinkede på en computerskærm.
”Dette er ikke det virkelige liv,” sagde Parvizi. ”Du er ikke i dit værelse, har en kop te og oplever livsbegivenheder spontant.” Et dybt vigtigt spørgsmål, sagde han, er: ”Hvordan synes en population af nerveceller, der eksperimentelt har vist sig at være vigtig i en bestemt funktion arbejde i det virkelige liv? ”
Hans teams metode, kaldet intrakraniel optagelse, gav udsøgt anatomisk og tidsmæssig præcision og gjorde det muligt for forskerne at overvåge hjerneaktivitet, når mennesker var nedsænket i virkelige situationer. Parvizi og hans medarbejdere bankede på hjernen fra tre frivillige, der blev vurderet for mulig kirurgisk behandling af deres tilbagevendende, medikamentresistente epileptiske anfald.
Proceduren indebærer midlertidigt at fjerne en del af en patients kranium og placere pakker med elektroder mod den udsatte hjerneoverflade. I op til en uge forbliver patienter knyttet til overvågningsapparatet, mens elektroderne opsamler elektrisk aktivitet i hjernen. Denne overvågning fortsætter uafbrudt for patienternes hele ophold på hospitalet og fanger deres uundgåelige gentagne anfald og gør det muligt for neurologer at bestemme det nøjagtige sted i hver patients hjerne, hvor anfaldene stammer fra.
I løbet af hele denne tid forbliver patienter bundet til overvågningsapparatet og fortrinsvis begrænset til deres senge. Men ellers er de behagelige, fri for smerter og fri til at spise, drikke, tænke, tale med venner og familie personligt eller i telefon eller se videoer, bortset fra de typiske indtrængen i en hospitalets omgivelser.
Elektroderne, der er implanteret i patienternes hoveder, er som wiretaps, som hver aflytter på en befolkning på flere hundrede tusinde nerveceller og rapporterer tilbage til en computer.
I undersøgelsen blev deltagernes handlinger også overvåget af videokameraer under hele deres ophold. Dette gjorde det muligt for forskerne senere at korrelere patienters frivillige aktiviteter i en reel ramme med nervecelleopførsel i det overvågede hjerneområde.
Som en del af undersøgelsen besvarede frivillige sande / falske spørgsmål, der dukkede op på en bærbar skærm, den ene efter den anden. Nogle spørgsmål krævede beregning - er det for eksempel sandt eller usant, at 2 + 4 = 5? - mens andre krævede, hvad forskere kalder episodisk hukommelse - sandt eller usant: Jeg spiste kaffe ved morgenmaden i morges. I andre tilfælde blev patienter simpelthen bedt om at stirre ved krydset i midten af en ellers tom skærm for at fange hjernens såkaldte ”hviletilstand”.
I overensstemmelse med andre undersøgelser fandt Parvizis team, at elektrisk aktivitet i en bestemt gruppe nerveceller i det intraparietale sulcus spikede, når og kun når frivillige udførte beregninger.
Bagefter analyserede Parvizi og hans kolleger hver frivilligs daglige elektrodeoptegnelse, identificerede mange pigge i intraparietal-sulcus-aktivitet, der opstod uden for eksperimentelle indstillinger, og vendte sig til de optagne videobilleder for at se nøjagtigt, hvad frivilligheden havde gjort, når sådanne pigge forekom.
De fandt ud af, at når en patient nævnte et tal - eller endda en kvantitativ reference, såsom "nogle mere", "mange" eller "større end den anden" - var der en stigning i elektrisk aktivitet i den samme nervecellepopulation af den intraparietale sulcus, der blev aktiveret, når patienten foretog beregninger under eksperimentelle forhold.
Det var en uventet konstatering. ”Vi fandt, at denne region ikke kun er aktiveret, når man læser tal eller tænker på dem, men også når patienter henviser mere skråt til mængder,” sagde Parvizi.
”Disse nerveceller skyder ikke kaotisk ud,” sagde han. ”De er meget specialiserede, aktive kun når emnet begynder at tænke på tal. Når emnet erindrer, griner eller snakker, er de ikke aktiveret. ”Det var således muligt at vide ved blot at konsultere den elektroniske fortegnelse over deltagernes hjerneaktivitet, om de var engagerede i kvantitativ tanke under ikke-eksperimentelle forhold.
Enhver frygt for forestående sindskontrol er i det mindste for tidligt, sagde Greely. ”Praktisk set er det ikke den enkleste ting i verden at gå rundt med implantering af elektroder i folks hjerner. Det bliver ikke gjort i morgen, eller let eller uhyggeligt. ”
Parvizi var enig. ”Vi er stadig i de tidlige dage med dette,” sagde han. ”Hvis dette er et baseball-spil, er vi ikke engang i den første omgang. Vi har lige fået en billet til at komme ind på stadionet. ”
Undersøgelsen blev finansieret af National Institutes of Health (tilskud R01NS0783961), Stanford NeuroVentures-programmet og Gwen- og Gordon Bell-familien. Yderligere medforfattere var postdoktor Brett Foster, ph.d. og forskningsassistent Vinitha Rangarajan.
Oplysninger om Stanford Medicine's afdeling for neurologi og neurologiske videnskaber, som også støttede arbejdet, findes på https://neurology.stanford.edu/.
Via Stanford University